EP2961988B1

EP2961988B1 - Aus wenigstens zwei teilen gebildete schraubenspindelpumpe

Info

Publication number: EP2961988B1
Application number: EP14723689.7A
Authority: EP
Inventors: Eduardo Nuss; Arthur Zinke; Aluisio Loth; Klaus Heizinger; Lorenz Lessmann; Sérgio Krahn; Rui Keunecke; Silvio Beneduzzi; Egon Weege; André THEILACKER; Sidney Guedes; Petra Lutke; Robert Kurz; Josef Strassl; Johann Kreidl; Hisham Kamal; Horst ENGL; George Balcerczyk; Mathias Gradl; Gunther Herr
Original assignee: Netzsch Pumpen and Systeme GmbH
Current assignee: Netzsch Pumpen and Systeme GmbH
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2020-10-07
Anticipated expiration: 2034-02-25
Also published as: BR112015020824B1; KR20150121221A; WO2014131393A1; US20150369239A1; DE102013102031A1; CN105143675A; BR112015020824A2; RU2638706C2; EP2961988A1; CN105143675B; KR101788952B1; RU2015141528A; JP2016508575A; AR094938A1; DE102013102031B4; US9759214B2; JP6101367B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine aus wenigstens zwei Teilen gebildete Schraubenspindelpumpe.
Eine 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 mindestens einen ersten Schaftabschnitt und einen Profilabschnitt mit einem Schrauben- Wendelprofil auf. Die Hohlräume, die durch die drei Konstruktionselemente Pumpengehäuse, erste Schraubenspindel und zweite Schraubenspindel gebildet werden, bilden die Förderräume für das Fördermedium. Bei der Drehung der Schraubenspindeln wandern die Förderräume in eine Maschinenrichtung aus und fördern das Medium innerhalb des Pumpengehäuses von der Saugseite (= Einlass) zur Druckseite (= Auslass).
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 Flüssigkeiten eingesetzt. Die dreispindelige Schraubenspindelpumpe wird überwiegend zum Pumpen von Schmierflüssigkeiten eingesetzt, die frei von Abrasivstoffen sind. Sie zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es mit ihr möglich ist, hohe Drücke bis zu 160 bar zu erzeugen.
Bei dreispindeligen Schraubenspindelpumpen sind die drei Spindeln gewöhnlich so angeordnet, dass eine in der Mitte liegende Antriebsspindel (auch als Hauptläufer bezeichnet) zwei seitlich eingreifende Nebenläuferspindeln antreibt. Die Antriebsspindel ihrerseits ist mit einem Antriebsmotor verbunden, der sowohl als Elektromotor als auch als Verbrennungsmotor ausgeführt sein kann. Das über den Antrieb erzeugte Drehmoment wird bei aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen von der Antriebsspindel über das Spindelprofil auf die angetriebenen Spindeln übertragen. Die ineinander greifenden Spindelprofile erzeugen abgeschlossene Förderkammern, in denen das Fördermedium eingeschlossen und in axialer Richtung von der Saug- zur Druckseite transportiert wird.
Um die auf den Hauptläufer einwirkenden Belastungen zu reduzieren, können die Nebenläufer ausgehend von der Drehachse des Hauptläufers in einem Winkel von 180° im Pumpengehäuse positioniert sein, was die radiale Krafteinwirkung auf den Hauptläufer ausbalanciert.
Der Stand der Technik kennt bereits Pumpen, bei welchen über einen ortsfesten Einlass Flüssigkeit mittels der Pumpe unter Druckbeaufschlagung zu einem Auslass transportiert wird.
Eine derartige Pumpe ist beispielsweise aus der WO 2011/063870 A2 bekannt. Die WO-Offenlegungsschrift zeigt eine Schraubenspindelpumpe mit einem Pumpengehäuse und einem Flanschabschnitt, wobei der Flanschabschnitt als ortsfester Bestandteil des Pumpengehäuses ausgebildet ist. Das Pumpengehäuse muss daher zusammen mit seinem Flanschabschnitt hinsichtlich der Position eines entsprechenden Gegenflansches orientiert werden.
Eine derartige Schraubenspindelpumpe wird auch aus der Druckschrift US 2 924 181 A bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist daher eine Schraubenspindelpumpe zur Verfügung zu stellen, welche hinsichtlich ihrer möglichen Installation eine erhöhte Flexibilität aufweist.
Die obige Aufgabe wird durch eine Schraubenspindelpumpe gelöst, die die Merkmale in dem Patentanspruch 1 umfasst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.
Die Erfindung betrifft eine aus wenigstens zwei Teilen gebildete Schraubenspindelpumpe zum Pumpen von Fördermedien. In bevorzugten Ausführungsformen sind die Fördermedien durch fluide Medien, wie Schmierstoffe, Wasser, Suspensionen oder dergleichen, ausgebildet. Unter dem Begriff "Pumpen" ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung und der erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe ein Vorgang zu verstehen, bei welchem das Fördermedium transportiert und mit Druck beaufschlagt wird.
Der erste der wenigstens zwei Teile der Schraubenspindelpumpe umfasst ein Gehäuse sowie wenigstens ein in dem Gehäuse angeordnetes und rotationsbeweglich antreibbares Spindelsystem. Das Spindelsystem umfasst eine Hauptantriebsspindel, welche mit ein oder mehreren weiteren von der Hauptantriebsspindel rotationsbeweglich antreibbaren Nebenspindeln gekoppelt ist. Insbesondere ist die Hauptantriebsspindel über das jeweilige und dem Verzahnungsgesetz folgende Spindelprofil mit der jeweiligen Nebenspindel gekoppelt.
Vorzugsweise wird die Hauptantriebsspindel durch einen oder mehrere Aktoren angetrieben. Die ein oder mehreren Aktoren können beispielsweise als Elektro- und/oder Verbrennungsmotor ausgebildet sein. In diversen Ausführungsformen ist die Rotationsfrequenz der Hauptantriebsspindel über die ein oder mehreren Aktoren definiert vorgebbar und gegebenenfalls an das jeweilige Fördermedium und die gewünschte Förderrate anpassbar.
Weiter umfasst der erste Teil einen dem Spindelsystem nachgeordneten Druckbereich sowie wenigstens eine mit diesem in Verbindung stehende Austrittsöffnung, welche das Fördermedium aus dem Druckbereich abführt. Das Fördermedium wird somit über das Spindelsystem in den Druckbereichs befördert. Die Austrittsöffnung ist beispielsweise als Bohrung im Gehäuse und/oder als Kanal im Gehäuse ausgebildet sein. Vorstellbar ist beispielsweise, dass die Austrittsöffnung als entgegen der Rotationsachse der Hauptantriebsspindel winklig angestellte und in den Druckbereich mündende Durchtrittsbohrung im Gehäuse ausgebildet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Austrittsöffnung als zur Rotationsachse der Hauptantriebsspindel senkrechte und in den Druckbereich mündende Durchtrittsbohrung ausgebildet.
Weiter umfasst der zweite Teil der Schraubenspindelpumpe wenigstens eine dem Spindelsystem vorgeordnete Niederdruckkammer sowie wenigstens eine Eintrittsöffnung für das fluide Medium in die Niederdruckkammer. Hinsichtlich ihres Durchmessers ist vorstellbar, dass die wenigstens eine Austrittsöffnung und die wenigstens eine Eintrittsöffnung identisch oder unterschiedlich ausgebildet sind. Der zweite Teil und der erste Teil sind bevorzugt abgedichtet miteinander in Verbindunggebracht, so dass kein Fördermedium ungewollt aus der Niederdruckkammer der Schraubenspindelpumpe entweichen kann.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der erste Teil und der zweite Teil der Schraubenspindelpumpe zur Einnahme wenigstens zweier unterschiedlicher Relativpositionen vorzugsweise drehbeweglich miteinander gekoppelt sind.
Beispielsweise ist denkbar, dass die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung als Eintrittskanal und als Austrittskanal ausgebildet sind, wobei ein paralleler Verlauf des Eintrittskanals und des Austrittskanals bei einer ersten Relativposition ausgebildet ist. Weiter kann es sein, dass bei einer zweiten Relativposition ein windschiefer Verlauf des Eintrittskanals und des Austrittskanals ausgebildet ist.
Weiter ist vorstellbar, dass der erste Teil und der zweite Teil in der jeweiligen Relativposition lösbar miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist denkbar, dass die lösbare Verbindung über Schraubverbindungen oder dergleichen erfolgt. Zudemist vorstellbar, dass während des Betriebs der Schraubenspindelpumpe der erste und der zweite Teil beispielsweise über Schrumpf- und/oder Klebe- und/oder Schweissverbindungen in der jeweiligen Relativposition gehalten sind. In bevorzugten Ausführungsformen kann es sein, dass der erste Teil und der zweite Teil in ihrer jeweiligen Relativposition während eines Betriebes der Schraubenspindelpumpe lösbar miteinander verbunden werden.
In bevorzugten Ausführungsformen sind der erste Teil und der zweite Teil drehbeweglich miteinander gekoppelt. Beispielsweise ist vorstellbar, dass das Gehäuse zumindest abschnittsweise eine zylindrische Formgebung aufweist und die relative Drehbewegung des ersten und zweiten Teils um eine Längsachse des zylindrisch ausgeformten Gehäuses oder Gehäuseteils herstellbar ist.
Vorstellbar ist auch, dass der zweite Teil der Schraubenspindelpumpe drehbeweglich auf dem ersten Teil aufsitzt. Beispielsweise besitzt einer der beiden Teile hierzu Kontaktmittel und der weitere der beiden Teile korrespondierende Gegenkontaktmittel, wobei die Kontaktmittel und Gegenkontaktmittel gegebenenfalls ineinandergreifen.
Auch ist vorstellbar, dass ein Wechsel aus einer ersten der wenigstens zwei Relativpositionen in eine zweite der wenigstens zwei Relativpositionen mittels einer relativen Drehbewegung des ersten Teils gegenüber dem zweiten Teil um eine Längsachse bewirkbar ist, welche Längsachse als Rotationsachse einer Hauptantriebsspindel des Spindelsystems ausgebildet ist. Die Hauptantriebsspindel kann, wie vorherig bereits erwähnt, als diejenige Spindel definiert sein, welche zum Antrieb mit einem Aktor, wie beispielweise einem Elektro- und/oder Verbrennungsmotor, gekoppelt ist. Alternativ sind Ausführungsformen möglich, bei welchen die Längsachse als Rotationsachse einer weiteren der Spindeln ausgebildet ist.
Insbesondere haben sich in der Praxis Ausführungsformen bewährt, bei welchen die Niederdruckkammer des zweiten Teils wenigstens bereichsweise eine schalenförmige Formgebung besitzt. Mittels derartiger Formgebung wird das Strömungsverhalten des Fördermediums im zweiten Teil der Schraubenspindelpumpe verbessert.
Denkbar ist weiterhin, dass im Bereich der Eintrittsöffnung und/oder im Bereich der Austrittsöffnung ein Flanschabschnitt zur Fixierung an einem entsprechenden Gegenflansch ausgebildet ist. Der Flanschabschnitt im Bereich der Eintrittsöffnung bzw. der Flanschabschnitt des zweiten Teils wird somit bevorzugt bei relativer Drehbewegung des zweiten Teils gegenüber dem ersten Teil zusammen mit dem ersten Teil gedreht.
Um Überdruck in dem Druckbereich zu begrenzen, ist bei diversen Ausführungsformen möglich, dass der erste Teil wenigstens einen Rückführkanal umfasst, welcher wenigstens eine Rückführkanal mit dem Druckbereich und mit der Niederdruckkammer fluidisch in Verbindung gebracht ist. Beispielsweise ist denkbar, dass der Rückführkanal zur Führung des Fördermediums von dem Druckbereich in die Niederdruckkammer ausgebildetist. In weiteren Ausführungsfomen sind beispielsweise mehrere derartige Rückführkanäle vorhanden, welche gegebenenfalls parallel zueinander verlaufen. In der Praxis haben sich insbesondere Ausführungsformen bewährt, bei welchen ein oder mehrere Rückführkanäle parallel zu einer Rotationsachse einer oder mehrerer Antriebsspindeln orientiert sind. Es ist zudem vorstellbar, dass der Rückführkanal von dem Druckbereich in Richtung der Niederdruckkammer führt und an einem in Richtung der Niederdruckkammer weisenden Ende verschlossen ist. Auch ist denkbar, dass der Rückführkanal beispielsweise eine Verzweigung und/oder Umlenkung aufweist, welche Umlenkung in Richtung ein oder mehrerer nachfolgend noch näher beschriebener Mittel zur Begrenzung eines vordefinierten Soll-Druckniveaus im Druckbereich führt.
Um den wenigstens einen Rückführkanal während der Fertigung der Schraubenspindelpumpe auf möglichst einfach Art und Weise integrieren zu können, besteht beispielsweise die Möglichkeit, dass der wenigstens eine Rückführkanal durch das Gehäuse des ersten Teils ausgebildet wird. Beispielsweise ist der wenigstens eine Rückführkanal als Bohrung im Gehäuse ausgebildet, welcher sich von dem Druckbereich bis zur Niederdruckkammer erstreckt.
Erfindungsgemäß umfasst die Schraubenspindelpumpe ein oder mehrere Mittel, welche mit der Niederdruckkammer und dem Druckbereich derart in Wirkverbindung gebracht sind, dass bei Überschreiten eines vordefinierten Druckniveaus in der Druckkammer über ein oder mehrere Mittel ein vordefiniertes Maximal-Druckniveau in der Druckkammer einstellbar ist. Vorstellbar ist, dass derartige Mittel im Bereich der Niederdruckkammer angeordnet sind. Die Mittel umfassen ein oder mehrere Überdruckventile.
Insbesondere bei Ausführungsformen mit dem vorherig beschriebenen wenigstens einen Rückführkanal besteht die Möglichkeit, dass die Mittel mit der Niederdruckkammer und dem Druckbereich in Wirkverbindung gebracht und als Bestandteil des zweiten Teils der Schraubenspindelpumpe ausgebildet sein. Somit sind die Mittel bei dieser Ausführungsform bei relativer Drehbewegung des ersten Teils und des zweiten Teils als Bestandteil des zweiten Teils zusammen mit dem zweiten Teil bewegbar.
Vorstellbar ist beispielsweise, dass der vorher bereits erwähnte wenigstens eine Rückführkanal eine Verzweigung aufweist, wobei ein Zweig das Fördermedium an die ein oder mehreren Mittel weiterführt.
Die ein oder mehreren Mittel können einen Basiskörper mit Hohlraum, in welchem ein Kolben gegen die Rückstellkraft einer Druckfeder hubbeweglich gelagert ist sowie wenigstens eine stirnseitig im Basiskörper angeordnete Bohrung aufweisen. Durch die Bohrung kann ein mit dem Kolben gekoppelter Bolzen vorzugsweise koaxial zum Kolben geführt sein und mit dem jeweiligen Fördermedium in Kontakt stehen. Der maximale Querschnitt des Bolzens ist bevorzugt flächenmäßig vermindert zum maximalen Querschnitt des Kolbens ausgebildet. Bevorzugt ist der maximale Querschnitt des Bolzens flächenmäßig vermindert zum minimalen Querschnitt des Kolbens ausgebildet.
Darüber hinaus ist es möglich, dass die Bohrung als Bestandteil eines vorderen Deckels des Basiskörpers ausgebildet ist und der Deckel ein oder mehrere weitere und vorzugsweise radial um die Bohrung angeordnete Durchbrüche zum Eintritt des Fördermediums in den Hohlraum des Basiskörpers aufweist. Das Fördermedium kann nach Eintritt über die ein oder mehreren weiteren Bohrungen direkt mit dem Kolben und insbesondere mit einem nachfolgend weiter beschriebenen Kopfabschnitt des Kolbens in Kontakt treten und diesen den Bolzen unterstützend gegen die Rückstellkraft der Feder weg von den ein oder mehreren Bohrungen drücken.
Bewegt sich der Kolben bzw. führt der Kolben eine Hubbewegung aus, so kann das Fördermedium in einen aus der Hubbewegung zugänglich werdenden Hohlraum des Basiskörpers eindringen, woraus eine Druckminderung in dem Druckbereich bzw. in der Niederdruckkammer resultiert.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die ein oder mehreren Mittel als Ventil auszubilden, wobei das Ventil sich aus einem Basiskörper, einem Kolben, einer Druckfeder und einem sogenannten Pilotsystem zusammensetzt. Das Pilotsystem dient hierbei dazu, den Druck in einem Druckbereich bei Überschreiten eines Maximal-Druckniveaus über ein Öffnen und Schließen des Ventils zu reduzieren. Das Öffnen erfolgt bei dieser Ausführungsform unter Druckbeaufschlagung eines Steuerbolzens. Sofern an einer Öffnungsbohrung des Ventils Druck ansteht, wird mittels einer Öffnung des Ventils über den Steuerbolzens eine Druckentlastung in dem Druckbereich erreicht. Der Steuerbolzen ist hierbei mit dem vorherig erwähnten Kolben in Verbindung gebracht und besitzt vorzugsweise eine geringere Querschnittsfläche als der Kolben, woraus beim Öffnen des Ventils ein Verstärkungseffekt resultiert.
Nimmt der Druck im Druckbereich ab, so wird der Kolben bei beschriebener Ausführungsform durch die Kraft der Druckfeder in einen Sitz des Ventils bewegt und schließt eine Drucköffnung, durch welche der Steuerzapfen geführt ist. Gleichzeitig wird ein seitlich im Basiskörper angeordneter Durchbruch beziehungsweise Kanal geöffnet, welcher mit der Niederdruckkammer in Verbindung steht. Das Druckniveau im Basiskörper wird somit bei Öffnung des Durchbruchs beziehungsweise des Kanals reduziert und an das Druckniveau der Niederdruckkammer angepasst.
Es besteht somit die Möglichkeit, dass gegebenenfalls die ein oder mehreren Mittel einen Basiskörper mit Hohlraum umfassen, in welchem ein Kolben gegen die Rückstellkraft einer Druckfeder hubbeweglich gelagert ist und ein mit dem Kolben in Verbindung stehender Bolzen, dessen maximaler Querschnitt flächenmäßig vermindert zum maximalen Querschnitt des Kolbens ausgebildet ist bei Überschreiten eines vordefinierten Maximal-Druckniveaus hubbeweglich im Basiskörper geführt ist. Bevorzugt wird aus der Hubbewegung resultierend eine seitliche Öffnung des Basiskörpers zum Rückströmen des Fördermediums vom Druckbereich in die Niederdruckkammer freigegeben.
Denkbar ist daher auch, dass bei nicht Überschreiten des Maximal- Druckniveaus in dem Druckbereich ein Kopfabschnitt des Kolbens mittels der Druckfeder in einen Sitz geführt ist und der Hohlraum des Basiskörpers über die seitlich im Basiskörper ausgebildete Öffnung mit der Niederdruckkammer fluidisch in Verbindung gebracht ist, so dass das Druckniveau im Hohlraum des Basiskörpers im Wesentlichen identisch zum Druckniveau in der Niederdruckkamer ausgebildet ist.
Auch ist vorstellbar, dass die ein oder mehreren Mittels als Bestanteil des zweiten Teils ausgebildet sind und über ein oder mehrere Schraubverbindungen abnehmbaren hinteren Deckel aufweisen, der an einer Außenseite des zweiten Teils angeordnet ist.
Auch besteht die Möglichkeit, dass die ein oder mehreren Mittel ein oder mehrere von außen zugängliche und vorzugsweise mittels Werkzeug betätigbare Einstellmittel zur Vorgabe der Rückstellkraft der Druckfeder aufweisen. Beispielsweise einen Außenvierkant oder dergleichen.. Vorteilhafterweise erfolgt hierbei eine Anpassung des Maximal-Druckniveaus in der Niederdruckkammer bzw. in dem Druckbereich mittels einfacher Betätigung der ein oder mehreren Einstellmittel von außen, ohne dass ein Austausch von Komponenten erfolgen muss.
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.

Figur 1 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe;
Figur 2 zeigt eine schematische Perspektivansicht des zweiten Teils der Schraubenspindelpumpe aus Figur 1;
Figuren 3 zeigen eine schematische Draufsicht sowie eine schematische Seitenansicht des zweiten Teils aus Figur 2;
Figuren 4 zeigen eine schematische Frontalansicht auf das zweite Teil aus den Figuren 2 und 3 sowie einen Querschnitt durch das zweite Teil;
Figur 5 zeigt ein Ventil zum Einstellen eines Maximal-Druckniveaus indem Druckbereich der Schraubenspindelpumpe aus Figur 1;
Figuren 6 zeigen eine Möglichkeit der Anordnung des Ventils aus Figur 5 in einem zweiten Teil einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe.

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 Schraubenspindelpumpe ausgestaltet sein kann und stellen keine abschließende Begrenzung dar.
Figur 1 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe 1. Die Schraubenspindelpumpe 1 ist aus einem ersten Teil 3 und einem zweiten Teil 5 gebildet. Der erste Teil 3 umfasst ein Gehäuse 7. In dem Gehäuse 7 ist ein Spindelsystem 4 angeordnet, welches sich vorliegend aus einer Hauptantriebsspindel 9 sowie zwei weiteren Nebenspindeln zusammensetzt, von welchen eine Nebenspindel 10 in Figur 1 erkennbar ist. Die erste Nebenspindel 10 sowie die weitere Nebenspindeln sind rotationsbeweglich an die Hauptantriebsspindel 9 gekoppelt und bilden unter Wirkverbindung mit der Hauptantriebsspindel sich bewegende Förderkammern zum Transport eines Fördermediums in Förderrichtung FR. Die Hauptantriebsspindel 9 ist an ihrem freien und aus dem Gehäuse 7 des ersten Teils 3 austretendem Ende 11 an einen Aktor (nicht dargestellt), wie beispielsweise einem Elektromotor, gekoppelt. Angedeutet ist weiter die Rotationsachse R der Hauptantriebsspindel 9.
Der erste Teil 3 umfasst einen Druckbereich 15 sowie eine Austrittsöffnung 13, welche das Fördermedium aus dem Druckbereich 15 abführend mit dem Druckbereich 15 in Verbindung gebracht ist. Das Fördermedium strömt somit vom Druckbereich 15 und über die Austrittsöffnung 13 aus dem Gehäuse 7 des ersten Teils 3 aus. Vorliegend ist der Druckbereich 15 als derjenige Bereich definiert, über welchen das Fördermedium vom Spindelsystem 4 an die Austrittsöffnung 13 weitergegeben wird. In weiteren Ausführungsformen kann eine Schraubenspindelpumpe 1 auch eine oder mehrere Druckkammern aufweisen, welche der Austrittsöffnung 13 vorgeordnet sind.
Die Ausführungsform der Figur 1 kennt zudem einen Rückführkanal 21 als Bestandteil der Schraubenspindelpumpe 1. Der Rückführkanal 21 ist durch das Gehäuse 7 des ersten Teils 3 ausgebildet und wird während eines Fertigungsprozesses des Gehäuses 7 als Bohrung in das Gehäuse 7 eingebracht. Dargestellt ist lediglich ein derartiger Rückführkanal 21, in weiteren Ausführungsformen können jedoch auch mehrere derartige Rückführkanäle 21 in das Gehäuse 7 eingebracht sein.
Der Rückführkanal 21 verbindet den Druckbereich 15 des ersten Teils 3 mit der Niederdruckkammer 16 des zweiten Teils 5, ist jedoch im Bereich der Niederdruckkammer 16 verschlossen, so dass das Fördermedium vom Druckbereich 15 nicht in die Niederdruckkammer 16 zurückströmen kann. Wie nachfolgend in Figur 6 noch näher beschrieben, wird das Fördermedium durch den Rückführkanal 21 in eine Druckkammer 43 bzw. 43'geführt, welche als Ringkanal ausgebildet ist, wobei mit jeder Druckkammer 43 bzw. 43' ein Ventil 2 (vergleiche Figur 5) in Verbindung steht.
Figur 1 zeigt hierbei eine Ausführungsform, bei welcher die Austrittsöffnung 13 als Austrittskanal ausgebildet ist, wobei der Rückführkanal 21 eine orthogonale Orientierung zum Auslasskanal bzw. zur Austrittsöffnung 13 aufweist und mit der Austrittsöffnung 13 beziehungsweise dem Auslasskanal in Verbindung steht. Der Druckbereich erstreckt sich somit in die Austrittsöffnung 13 beziehungsweise in den Auslasskanal. Der Rückführkanal 21 verläuft als Bohrung parallel zur Rotationsachse R der Hauptantriebsspindel 9.
Weiter umfasst die Schraubenspindelpumpe 1 wenigstens eine dem Spindelsystem 4 vorgeordnete Niederdruckkammer 16, die in Figur 1 schalenförmig ausgebildet ist. Mittels der schalenförmigen Ausgestaltung wird das Strömungsverhalten des in die Niederdruckkammer 16 als Volumenstrom eintretenden Fördermediums sowie seine Weitergabe an das Spindelsystem 4 optimiert.
Dargestellt ist zudem eine Eintrittsöffnung 14 des zweiten Teils 5. Über die Eintrittsöffnung 14 tritt das Fördermedium in die Niederdruckkammer 16 ein. Im Bereich der Eintrittsöffnung 14 und im Bereich der Austrittsöffnung 13 ist jeweils ein Flanschabschnitt 18 beziehungsweise 19 zur Fixierung an einem entsprechenden Gegenflansch (nicht dargestellt) ausgebildet.
Der erste Teil 3 und der zweite Teil 5 sind zur Einnahme zweier unterschiedlicher Relativpositionen drehbeweglich miteinander gekoppelt. Der zweite Teil 5 sitzt hierzu vorliegend auf dem ersten Teil 3 auf.
Figur 1 zeigt eine erste Relativposition des ersten und zweiten Teils 3 und 5, bei welcher das Fördermedium in einer ersten Strömungsrichtung SR1 durch die Eintrittsöffnung 14 in die Niederdruckkammer 16 einströmt und in einer zweiten Strömungsrichtung SR2 durch die Austrittsöffnung 13 aus dem Gehäuse 7 des ersten Teils 3 ausströmt, wobei die erste Strömungsrichtung SR1 und die zweite Strömungsrichtung SR2 parallel zueinander verlaufen. Die Rotationsachse R der Hauptantriebsspindel 9 ist ebenso als Drehachse D zur relativen Verdrehung des ersten und des zweiten Teils 3 und 5 ausgebildet. Die Flanschabschnitte 18 und 19 des ersten und des zweiten Teils 3 und 5 können somit vermittels einer relativen Verdrehung des ersten und des zweiten Teils 3 und 5 an die Position eines entsprechenden Gegenflansches angepasst werden. Eine höhere Flexibilität bei derartiger erfindungsgemäßer Ausgestaltung einer Schraubenspindelpumpe 1 ist hierbei gewährleistet.
Figur 2 zeigt eine schematische Perspektivansicht des zweiten Teils 5 der Schraubenspindelpumpe 1 aus Figur 1. Gut zu erkennen ist in Figur 2 nochmals der Flanschabschnitt 18 sowie die Eintrittsöffnung 14 des zweiten Teils 5. Zudem ist ein Ventil 2 dargestellt, welches ebenso als Bestandteil des zweiten Teils 5 ausgebildet ist und auf welches Ventil 2 nachfolgend detailliert in Figur 5 eingegangen wird. Das Ventil 2, die Eintrittsöffnung 14 sowie der Flanschabschnitt 18 sind bei relativer Drehbewegung des ersten Teils 3(vergleiche Figur 1) zum zweiten Teil 5 als Bestandteil des zweiten Teils 5 zusammen mit dem zweiten Teil 5 drehbar.
Figuren 3 zeigen eine schematische Draufsicht (Figur 3A) sowie eine schematische Seitenansicht (Figur 3B) des zweiten Teils 5 aus Figur 2. Dargestellt sind in Figur 3A nochmals der Flanschabschnitt 18 und die Eintrittsöffnung 14 des zweiten Teils 5. Gut zu erkennen ist in den Figuren 3 ein hinterer Deckel 23 sowie Einstellmittel 25 des in Figur 5 detailliert dargestellten Ventils 2. Der hintere Deckel 23 ist an einer Außenseite des zweiten Teils 5 angeordnet und kann dort gegebenenfalls über Verbindungen wie Schrauben oder dergleichen fixiert und/oder formschlüssig im zweiten Teil 5 aufgenommen sein. Über das Einstellmittel 25, welches von außen zugänglich und als Außenvierkant ausgebildet ist, kann eine Rückstellkraft der in Figur 5 dargestellten Druckfeder 27 des Ventils 2 vorgegeben beziehungsweise eingestellt werden.
Figuren 4 zeigen in Figur 4A eine schematische Frontalansicht auf das zweite Teil 5 aus den Figuren 2 und 3. Weiter ist in Figur 4B ein Querschnitt durch das zweite Teil 5 entlang der Schnittlinie B-B auf Figur 4A dargestellt.
Der Querschnitt der Figur 4B verdeutlicht nochmals die Anordnung des Ventils 2 im zweiten Teil 5. Wie in Figur 4B dargestellt sind die Niederdruckkammer 16 und das Ventil für die Weitergabe des Fördermediums miteinander fluidisch in Verbindung gebracht. Das Fördermedium kann beispielsweise über einen Rückführkanal 21 (vergleichsweise Figur 1) an das Ventil 2 weitergegeben werden.
Figur 5 zeigt ein Ventil 2 zum Einstellen eines Maximal-Druckniveaus in dem Druckbereich 15 der Schraubenspindelpumpe 1. Das Ventil 2 ist als sogenanntes Überdruckventil beziehungsweise Sicherheitsventil ausgebildet. Das Ventil 2 ist Bestandteil des zweiten Teils 5. Bei relativer Verdrehung des ersten Teils 3 und des zweiten Teils 5 erfolgt ebenso eine Drehbewegung des Ventils 2 zusammen mit dem zweiten Teil 5.
Das Ventil 2 ist hinsichtlich seiner Funktion derart ausgebildet, dass bei Überschreiten eines vordefinierten Druckniveaus in dem Druckbereich 15 über das Ventil 2 ein vordefiniertes Maximal-Druckniveau in dem Druckbereich 15 herstellbar ist.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 5 umfasst das Ventil 5 einen Basiskörper 35 mit Hohlraum H. Im Hohlraum H ist ein Kolben 31 gegen die Rückstellkraft einer Druckfeder 27 hubbeweglich gelagert. In einem vorderen Deckel 41 des Basiskörpers 35 sind mehrere Bohrungen 44 dargestellt, wobei ein durch den Deckel 41 geführter Steuerbolzen 39 den Kolben 31 über die stirnseitig vorhandene Bohrung koaxial führt. Vorliegend ist der Steuerbolzen 39 durch eine mittlere Bohrung 44 im Deckel 41 befestigt, wobei mehrere weitere Durchbrüche beziehungsweise Bohrungen 44 radial um die mittlere Bohrung im Deckel 41 des Basiskörpers 35 vorgesehen sind.
Wie in Figur 5 auch zu erkennen, ist der maximale Querschnitt des Bolzens 39 senkrecht zur jeweiligen Längsachse flächenmäßig vermindert zum maximalen Querschnitt des Kolbens 31 ausgebildet.
Zudem umfasst der Kolben 31 an einem in Richtung der Bohrung 44 weisenden freien Ende einen Kopfabschnitt 33. Der Kopfabschnitt 33 ist bei zusammengesetztem Zustand des Ventils 2 beziehungsweise des Überdruckventils spielfrei im Hohlraum H des Basiskörpers 35 aufgenommen. Zudem ist eine seitliche Öffnung 37 im Basiskörper 35 dargestellt, an welcher der Kopfabschnitt 33 des Kolbens 31 bei Ausführung einer Hubbewegung vorbeigeführt wird.
Bis zum Erreichen des Maximal-Druckniveaus im Druckbereich 15, vollführt der Kolben 31 keine Hubbewegung. Der Kopfabschnitt 33 ist hierbei aus einer Rückstellkraft der Druckfeder 27 resultierend in einem Sitz S des vorderen Deckels 41 angeordnet. Beispielsweise kann der Sitz S des vorderen Deckels 41 dergestalt sein, dass der Kopfabschnitt 33 im Wesentlichen spielfrei im Sitz S aufnehmbar ist.
Durch die seitliche Öffnung 37 kann Fördermedium eindringen. Das Druckniveau des in die seitliche Öffnung 37 eindringenden Fördermediums ist hierbei stets identisch zum Ist-Druckniveau in der Niederdruckkammer 16 beziehungsweise im Druckbereich 15 ausgebildet. Sofern der Kolben 31 durch ein Überschreiten des Maximal-Druckniveaus eine Hubbewegung ausführt und der Kopfabschnitt 33 des Kolbens 37 den Sitz S verlässt kann Fördermedium mit Überdruck durch den Rückführkanal 21, die Bohrung 44 und die radial angebrachten Öffnungen des Steuerbolzens 39 eindringen und die Hubbewegung des Kolbens 31 gegen die Rückstellkraft der Druckfeder 27 ergänzend unterstützen, um dem Fördermedium nachfolgend den Weg in den Hohlraum H des Basiskörpers 35 über die Öffnung 37 in die Niederdruckkammer 16 zu öffnen.
Wie vorherig bereits erwähnt und ebenso in den Figuren 3 und 4 zu erkennen, ist der hintere Deckel 23 an einer Außenseite des zweiten Teils 5 angeordnet. Über das Einstellmittel 25 kann die Rückstellkraft der Druckfeder 27 vorgegeben werden.
Über die weiter in Figur 5 dargestellten Fixiermittel 29 - vorliegend ausgebildet als Schraubverbindungen - können die einzelnen Komponenten des Ventils 2 zusammengesetzt werden.
Figuren 6 zeigen eine Möglichkeit der Anordnung des Ventils 2 aus Figur 5 in einem zweiten Teil 5 einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe 1.
Zunächst verdeutlicht Figur 6A mittels Pfeildarstellung eine mögliche Option der Strömung des Fördermediums. So tritt das Fördermedium als Volumenstrom über die Eintrittsöffnung 14 in die Niederdruckkammer 16 des zweiten Teils 5 ein und wird anschließend in Pfeilrichtung über das Spindelsystem 4 (vergleiche Figur 1) zur Austrittsöffnung 13 transportiert.
Die Ausführungsform der Figuren 6 besitzt zwei Rückführkanäle 21 und 21', welche Rückführkanäle 21 und 21' einen parallelen Verlauf besitzen. Jeder der Rückführkanäle 21 und 21' führt in Richtung einer Druckkammer 43 beziehungsweise 43', wobei mit jeder Druckkammer 43 und 43' jeweils ein Ventil 2, wie in Figur 5 beispielhaft dargestellt, in Verbindung steht.
Figur 6B zeigt zudem, dass das Fördermedium direkt über die in Figur 5 gezeigte Öffnung 37 des Ventils 2 in den Niederdruckraum 16 des zweiten Teils 5 einströmen kann. Weiter ist der Hohlraum H des Ventils 2 beziehungsweise. des Basiskörpers 35 über die Öffnung 37 direkt mit dem Niederdruckraum 16 fluidisch verbunden.
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.

Bezuaszeichenliste

1: Schraubenspindelpumpe
2: Ventil
3: Erster Teil
4: Spindelsystem
5: Zweiter Teil
7: Gehäuse
9: Hauptantriebsspindel
10: Nebenspindel
11: Freies Ende
13: Austrittsöffnung
14: Eintrittsöffnung
15: Druckbereich
16: Niederdruckkammer
18: Flanschabschnitt
19: Flanschabschnitt
21: Rückführkanal
23: Hinterer Deckel
25: Einstellmittel
27: Druckfeder
29: Fixiermittel
31: Kolben
33: Kopfabschnitt
35: Basiskörper
37: Seitliche Öffnung
39: Steuerbolzen
41: Vorderer Deckel
43: Druckkammer
44: Bohrung
D: Drehachse
FR: Förderrichtung
H: Hohlraum
R: Rotationsachse
S: Sitz
SR: Strömungsrichtung

Claims

Aus wenigstens zwei Teilen (3, 5) gebildete Schraubenspindelpumpe (1) zum Pumpen von Fördermedien wie Schmierflüssigkeiten, Wasser, Suspensionen oder dergleichen, bei welcher
- der erste Teil (3) ein Gehäuse (7) sowie wenigstens ein in dem Gehäuse (7) angeordnetes und rotationsbeweglich antreibbares Spindelsystem (4) umfasst, einen dem Spindelsystem (4) nachgeordneten Druckbereich (15) sowie wenigstens eine Austrittsöffnung (13), welche das Fördermedium aus dem Druckbereich (15) abführend mit dem Druckbereich (15) in Verbindung gebracht ist und bei welcher

- der zweite Teil (5) wenigstens eine dem Spindelsystem (4) vorgeordnete Niederdruckkammer (16) sowie wenigstens eine Eintrittsöffnung (14) für das Fördermedium in die Niederdruckkammer (16) aufweist, wobei der erste Teil (3) und der zweite Teil (5) zur Einnahme wenigstens zweier unterschiedlicher Relativpositionen vorzugsweise drehbeweglich miteinander gekoppelt sind, die Schraubenspindelpumpe (1) dadurch gekennzeichnet, dass
die Schraubenspindelpumpe (1) ein oder mehrere Mittel (2) umfasst, die ein oder mehrere Überdruckventile besitzen und welche mit der Niederdruckkammer (16) und dem Druckbereich (15) derart in Wirkverbindung gebracht sind, dass bei Überschreiten eines vordefinierten Druckniveaus in dem Druckbereich (15) über die ein oder mehreren Mittel (2) ein vordefiniertes Maximal-Druckniveau in dem Druckbereich (15) einstellbar ist.
Schraubenspindelpumpe (1) nach Anspruch 1, bei welcher der zweite Teil (5) der Schraubenspindelpumpe (1) drehbeweglich auf dem ersten Teil (3) aufsitzt.
Schraubenspindelpumpe (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welcher ein Wechsel aus einer ersten der wenigstens zwei Relativposition in eine zweite der wenigstens zwei Relativpositionen mittels einer relativen Drehbewegung des ersten Teils (3) zum zweiten Teils (5) um eine Längsachse (D) bewirkbar ist, welche Längsachse als Rotationsachse (R) einer Hauptantriebsspindel (9) des Spindelsystems (4) ausgebildet ist.
Schraubenspindelpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Niederdruckkammer (16) des zweiten Teils (5) wenigstens bereichsweise eine schalenförmige Formgebung besitzt.
Schraubenspindelpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher im Bereich der Eintrittsöffnung (14) und/oder im Bereich der Austrittsöffnung (13) ein Flanschabschnitt (18, 19) zur Fixierung an einem entsprechenden Gegenflansch ausgebildet ist.
Schraubenspindelpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher der erste Teil (3) wenigstens einen Rückführkanal (21) umfasst, welcher Rückführkanal (21) mit dem Druckbereich (15) und mit der Niederdruckkammer (16) fluidisch in Verbindung gebracht ist.
Schraubenspindelpumpe (1) nach Anspruch 6, bei welcher der wenigstens eine Rückführkanal (21) durch das Gehäuse (7) des ersten Teils (3) geführt ist.
Schraubenspindelpumpe (1) nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei welcher der wenigstens eine Rückführkanal (21) parallel zur Rotationsachse (R) einer oder mehrerer Spindeln (9, 10) des Spindelsystems (4) verläuft.
Schraubenspindelpumpe (1) nach Anspruch 1, bei welcher die Mittel (2) als Bestandteil des zweiten Teils (5) der Schraubenspindelpumpe (1) ausgebildet sind.
Schraubenspindelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die ein oder mehreren Mittel (2) umfassend einen Basiskörper (35) mit Hohlraum (H), in welchem ein Kolben (31) gegen die Rückstellkraft einer Druckfeder (27) hubbeweglich gelagert ist und wenigstens einen mit dem Kolben (31) in Verbindung stehenden Steuerbolzen (39), dessen maximaler Querschnitt flächenmäßig vermindert zum maximalen Querschnitt des Kolbens (31) ausgebildet ist und der bei Überschreiten eines vordefinierten Maximal-Druckniveaus in dem Druckbereich (15) den Kolben (31) gegen die Rückstellkraft der Druckfeder (27) hubbeweglich im Basiskörper (35) führt, wobei aus der Hubbewegung resultierend eine seitliche Öffnung (37) des Basiskörpers (35) zum Rückströmen des Fördermediums vom Druckbereich (15) in die Niederdruckkammer (16) freigegeben wird.
Schraubenspindelpumpe (1) nach Anspruch 10, bei welcher die wenigstens eine Bohrung (43) als Bestandteil eines vorderen Deckels (41) des Basiskörpers (35) ausgebildet ist und wobei der vordere Deckel (41) ein oder mehrere weitere und vorzugsweise radial um die Bohrung (43) angeordnete Durchbrüche zum Eintritt des Fördermediums in den Hohlraum (H) des Basiskörpers (35) aufweist.
Schraubenspindelpumpe (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei bei nicht Überschreiten des Maximal- Druckniveaus in dem Druckbereich (15) ein Kopfabschnitt (33) des Kolbens (31) mittels der Druckfeder (27) in einen Sitz (S) geführt ist und der Hohlraum (H) des Basiskörpers (35) über die seitlich im Basiskörper (35) ausgebildete Öffnung (37) mit der Niederdruckkammer (16) fluidisch in Verbindung gebracht ist, so dass das Druckniveau im Hohlraum (H) des Basiskörpers (35) im Wesentlichen identisch zum Druckniveau in der Niederdruckkammer (16) ausgebildet ist.
Schraubenspindelpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, bei welcher die ein oder mehreren Mittel (2) als Bestandteil des zweiten Teils (5) ausgebildet sind und bei welcher der Basiskörper (35) einen über ein oder mehrere Schraubverbindungen (29) abnehmbaren hinteren Deckel (23) aufweist, der an einer Außenseite des zweiten Teils (5) angeordnet ist.
Schraubenspindelpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, bei welcher die ein oder mehreren Mittel (2) ein oder mehrere von außen zugängliche und vorzugsweise mittels Werkzeug betätigbare Einstellmittel (25) zur Vorgabe der Rückstellkraft der Druckfeder (27) umfassen.