JP2016508573A - スクリューポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、流体媒体を搬送するためのスクリューポンプに関する。該スクリューポンプは、搬送媒体用の入口及び出口を有するポンプハウジングを備える。本発明のスクリューポンプは更に少なくとも２本のスピンドルを備え、該２本のスピンドルは、少なくとも２つのシャフト部分及び該シャフト部分間に配置されたプロファイル部分で構成されたシャフトを含む。また少なくとも２本のスピンドルのプロファイル部分は、互いに対して少なくとも部分的に係合するよう構成される。更に少なくとも２本のスピンドルは、ポンプハウジング内で少なくとも部分的に回転できるように配置される。これに加えて、２本のスピンドルのうち、少なくとも第１スピンドルは、駆動スピンドルとして構成されると共に、第１駆動ユニットが直接に割り当てられる。本発明によれば、少なくとも第２スピンドルには、第２駆動ユニットが直接に割り当てられる。【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の上位概念部分に係るスクリューポンプに関する。

スクリューポンプとは、いわゆる吐出ポンプの一種であり、回転式吐出器の形状がスピンドルスクリューに類似している。このようなスクリューポンプは、逆方向に回転する２個以上のロータと、該ロータを包囲するハウジングを備える。これらロータは、ねじ状の溝が規則的に設けられたものとして構成され、互いに対して歯車状に係合するものである。この場合のロータはスクリューとも称し、第１シャフト部分、ねじ状又は螺旋状のプロファイルとした溝付き部分、第２シャフトを含む。３個の要素、即ちポンプハウジング、第１スクリュー及び第２スクリューで構成される空間は、搬送媒体用の搬送スペースを形成するものである。この場合、スクリューが回転すると、搬送スペースが機械方向に移動し、媒体が吸入側（入口）から吐出側（出口）に向けて搬送される。

この形式のポンプは、非圧縮性媒体及び粘性媒体の場合だけでなく、高圧を発生させる場合にも適している。スクリューポンプは更に、単相及び複相の流体媒体の搬送に使用される。複流式の二軸スクリューポンプは、少なくとも１本の被動スピンドル（雌ねじ）と共にポンプハウジング内に配置された駆動スピンドル（雄ねじ）を備える。この場合、駆動ユニットによって生じるトルクは、歯車を介して駆動スピンドルから被動スピンドルに伝達される。また搬送流は、両端部から、即ちポンプのいわゆる吸入側からポンプの中央部又は吐出側に向けて生じる。

本発明の課題は、ポンプ構造を簡単にすると共に、この関連において、スクリューポンプの組み立てを簡単にすることである。

この課題は、請求項１の特徴を有するスクリューポンプにより解決される。他の有利な実施形態は、従属請求項に記載したとおりである。

本発明は、流体媒体、特に粘性媒体及び／又は摩耗物質を含有する媒体を搬送するためのスクリューポンプに関する。本発明のスクリューポンプは、搬送媒体用の入口及び出口を有するポンプハウジングを備え、該ポンプハウジング内には少なくとも２本のスピンドルが配置される。これら各スピンドルは、少なくとも２つのシャフト部分及び該シャフト部分間に配置されたプロファイル部分で構成されるものである。少なくとも２本のスピンドルのプロファイル部分は、互いに対して少なくとも部分的に係合する構成とする。また少なくとも２本のスピンドルは、ポンプハウジング内で少なくとも部分的に回転できるように配置される。更に、互いに対して少なくとも部分的に係合すると共に、直接に隣接するこれら２本のスピンドルは、それぞれ異なる方向に回転するものである。特に、第１スピンドルは時計回りに、第２スピンドルは反時計回りにそれぞれ回転するか、又は各スピンドルはこれとは逆方向に回転する構成とする。

搬送媒体用の入口は、吸入側で、スピンドルのプロファイル部分の外側と連通するものとする。また搬送媒体用の出口は、吐出側で、プロファイル部分の内側と連通するものとする。少なくとも２本のスピンドルのうち、第１スピンドルには、第１駆動ユニットが直接に割り当てられる。この第１スピンドルは、駆動スピンドルとも称する。本発明においては、少なくとも２本のスピンドルのうち、少なくとも第２スピンドルには、第２駆動ユニットが直接に割り当てられる。

好適には、第１駆動ユニット及び第２駆動ユニットは、それぞれポンプハウジングの外側に突出するスピンドル端部に配置され、距離を有する状態で互いに対して反対側に設けられる。

最適な実施形態において、スクリューポンプは、複流式に配置された２本のスピンドルを備える。また媒体の搬送流は、両端部から、即ちスクリューポンプのいわゆる吸入側からスクリューポンプの中央部又は吐出側に向けて生じる。本発明においては、駆動ユニットが２本のスピンドルのそれぞれに割り当てられる。即ち、本発明に係るスクリューポンプは、特に複流式に配置され、かつ直接に駆動される２本のスピンドルを備えるものである。

本発明の実施形態において、駆動ユニットは、各スピンドルの第１端部領域に配置される。好適には、各スピンドルは、互いに対して平行に配置されることにより、駆動ユニット近傍領域におけるこれら各スピンドルは、ポンプハウジングにおいて互いに対して反対側に位置する。またポンプハウジングは、各スピンドルに関して、駆動ユニット近傍の第１端部領域とプロファイル領域との間のシャフト部分を支持するために、外側軸受用のシャフト通過部を含む。これら第１及び第２スピンドルのシャフト通過部は、ポンプハウジング内で互いに対して反対側に配置される。好適には、いわゆる駆動ユニット端とは反対側におけるスピンドルの各自由端は、ポンプハウジング内に配置される。好適な実施形態において、スピンドルの各自由端は、ポンプハウジング内で回転可能に取り付けられる。この場合、対応の軸受は、距離を有する状態で互いに対して反対側に配置される。

駆動ユニットが個別に割り当てられた本発明に係るスクリューポンプにおける少なくとも２本のスピンドルには、外側軸受と、該外側軸受の反対側に位置する各スピンドル用の内側軸受と、外側軸受をシールするためのシール要素が割り当てられる。従って、従来技術のスクリューポンプとは異なり、シャフト通過部は４つではなく２つのみシールすればよい。このため、従来技術のポンプに比べて、本発明のポンプハウジングにおいて漏れ個所になり得る部分は50％である。

好適には、第１駆動ユニット及び少なくとも第２駆動ユニットには、同一の電気モータが使用される。特に、スピンドルが駆動される速度は、プロファイル部分のプロファイルに適合させることにより、該プロファイル部分の螺旋状部分は、搬送チャンバとして機能すると共に、互いに対する引っ掛かりが回避される。

同一形式とする電気モータは、それぞれ同期モータ又は非同期モータとすることができる。スピンドルの各駆動ユニットには、該駆動ユニットを個別に制御する制御ユニットが割り当て可能である。特に、駆動ユニットの速度は、制御ユニットで個別に制御することにより、各スピンドルを同期的に作動させることができる。例えば、非同期モータを使用した場合には、スピンドルの回転に僅かな速度差が生じる可能性がある。この場合、スピンドルのプロファイル部分が歯車の法則に従うことが特に重要である。これにより、スピンドルに引っ掛かりが生じて損傷がもたらされることなく、より高速なスピンドルでより低速なスピンドルを駆動させることができる。

本発明の実施形態において、互いに対して反対側に配置されるスピンドルの自由端は、いわゆるブッシュ内に回転可能に取り付けられる。このブッシュには、接続要素が割り当てられ、該接続要素を介して潤滑剤がブッシュに供給可能である。このことは、搬送媒体が良好な潤滑特性を有さず、又は摩耗材を含有する場合に特に重要である。潤滑剤としては、清純かつ加圧された潤滑流体が使用される。この場合に供給される潤滑流体の圧力は、スクリューポンプの吸入圧力よりも大きいものでなくてはならない。潤滑剤は、軸受箇所から流出するときに搬送媒体と混合されて該媒体と共に導出される。

これに対して、搬送媒体が良好な潤滑特性を有すると共に、摩耗材を含有しない場合には、搬送媒体自体によって各ブッシュに取り付けられた自由端の潤滑が行われる。この場合、スピンドルはその長手方向軸線に沿って孔を含み、該孔を、例えば自由端からプロファイル部分の中央部まで延在させる。これにより、プロファイル部分の中央領域に横孔を設けることで、高圧下にあるスクリューポンプの内部とブッシュとの間で流体を連通させることが可能である。搬送媒体は、スクリューポンプ内の圧力勾配により、高圧側から孔を介してブッシュに到達し、該ブッシュが十分に潤滑される。その後、孔を介して軸受箇所に到達した媒体は、搬送媒体と再び混合されて該搬送媒体と共に導出される。即ち、搬送媒体がシャフト端部の軸受用の潤滑剤として使用されることにより、内部循環が実現される。

以下、本発明の実施形態及び利点を添付図面に基づいて詳述する。図面における個々の要素の寸法比は、必ずしも実寸比を反映しているわけではない。これは、一部の要素の形状が簡略化されているのに対して、他の一部の要素の形状が明瞭性を高める見地から誇張されているからである。

従来技術に係る二軸スクリューポンプを示す略図である。 本発明に係るスクリューポンプの第１実施形態を示す説明図である。 本発明に係るスクリューポンプの第２実施形態を示す説明図である。 本発明に係るスクリューポンプの異なる斜視図を示す。 本発明に係るスクリューポンプの異なる斜視図を示す。 本発明に係るスクリューポンプの異なる断面図を示す。 本発明に係るスクリューポンプの異なる断面図を示す。

本発明のスクリューポンプの同一要素は、同一参照符号で表す。更に、明瞭性を高める見地から、参照符号は個々の図面の説明に必要なものだけを表す。なお、図面に示す実施形態は、本発明に係る装置の構成の例示にすぎず、限定的なものではない。

図１は、従来技術に係る二軸スクリューポンプ１を示す。このスクリューポンプ１は、複流式の駆動スピンドル３と、摩耗体６を含むか又は含まないポンプハウジング２内に取り付けられた複流式の被動スピンドル４とを備える。この場合の摩耗体６は、スピンドル３，４が駆動するポンプハウジング２内におけるプラグイン式のハウジングとして構成されている。摩耗体６が劣化した場合、特に摩損した場合には簡単に交換することができる。

スピンドル３，４は、第１シャフト部分A1‐3及びA1‐4、プロファイル部分P3，P4、更には第２シャフト部分A2‐3，A2‐4を含む。またポンプハウジング２は、スピンドル３，４用に、４つの外側軸受箇所7‐3a，7‐3b，7‐4a，7‐4b及び４つのシャフト通過部５を含む。２本のスピンドル３，４は、シャフト通過部５において回転可能に取り付けられ、外側軸受箇所7‐3a，7‐3b，7‐4a，7‐4bにおいてポンプハウジング２から突出している。更に摺動シールリング８が、ポンプハウジング２を外側に対してシールするためのシール要素としてシャフト通過部５に設けられている。これに加えて、駆動ユニットМにより、駆動スピンドル３が直接に駆動される。この場合に駆動ユニットМにより生じたトルクは、歯車9‐3a，9‐3b，9‐4a，9‐4bを介して、駆動スピンドル３から被動スピンドル４に伝達される。

好適には、従来技術に係る二軸スクリューポンプ１は、潤滑流体又は非潤滑流体及び複相流体のポンピングに使用される。図示のスクリューポンプ１の組み立ては、極めて多くの個別部品、特に摺動シールリング８が設けられた４つのシャフト通過部５、４つの外側軸受箇所又はシャフト軸受7‐3a，7‐3b，7‐4a，7‐4b、更には少なくとも１つの歯車ペア9‐3a，9‐3b，9‐4a，9‐4bで構成されるため高価である。

図２は、本発明に係るスクリューポンプ10aの第１実施形態を示す。図示のスクリューポンプ10aは、２本の駆動スピンドル14‐1及び14‐2を含むポンプハウジング12を備える。これら２本の駆動スピンドル14‐1，14‐2は、第１駆動ユニット側のシャフト部分A1‐1，A2‐1、プロファイル部分P1，P2、更には各駆動スピンドル14‐1，14‐2の自由端をポンプハウジング12内で支持する軸受部分L1，L2を含む。この場合、駆動スピンドル14‐1，14‐2の各プロファイル領域P1，P2には、逆方向に回転する２本の螺旋状のスピンドル部分が歯付き状態で設けられている。好適には、このプロファイルは特に、搬送用に構成されている。

２本の駆動スピンドル14‐1，14‐2は、個別に割り当てられた駆動ユニットM1，M2、特に個別に割り当てられた駆動モータにより直接に駆動される構成とする。

本発明に係るスクリューポンプ10aは、従来技術に係る図１のスクリューポンプ１とは異なり、外側軸受箇所7‐1，7‐2と、シール要素としての摺動シールリング８が設けられたシャフト通過部５を２個ずつ備える。従って、本発明に係るスクリューポンプ10aにおいては、シールすべきシャフト通過部５は２箇所だけである。更に、トルクを伝達する歯車9‐3a，9‐3b，9‐4a，9‐4b（図１参照）が不要である。このように、本発明に係るスクリューポンプ１は、より安価に製造できるのみならず、整備すべき部品がより少ないためにメンテナンスに関して有利である。

互いに対して平行に配置された駆動スピンドル14‐1，14‐2は、ポンプハウジング12内の軸受部分L1，L2領域において、いわゆるブッシュに取り付けられている。駆動スピンドル14‐1，14‐2は更に、逆方向に回転するように配置されているため、駆動ユニットM1，M2は、ポンプハウジング12において、互いに対して反対側に配置されている。

好適には、斯かる構成としたスクリューポンプ10aの駆動モータM1，M2は、同期モータだけでなく非同期モータとすることができる。この点は、搬送される媒体に規定されるものである。

搬送媒体の潤滑特性が不良であるか又は摩耗材を含有している場合には、接続要素22‐1，22‐2を介して、清純かつ加圧された潤滑流体がブッシュ20‐1，20‐2に供給可能である。この場合に供給される潤滑流体の圧力は、スクリューポンプ10aの吸入圧力よりも大きくなくてはならない。ポンピング工程に際して、ブッシュ20‐1，20‐2にて流出する潤滑流体は、搬送媒体と混合されて該媒体と共に導出される。

図３は、本発明に係るスクリューポンプ10bの第２実施形態を示す説明図である。図示の実施形態において、ブッシュ20‐1，20‐2に対する潤滑は、搬送媒体自体によって行われる。この場合に潤滑流体は、圧力勾配により、スピンドル14‐1，14‐2内の孔24‐1，24‐2を介して、スピンドル中央部における高圧側からブッシュ20‐1，20‐2に到達する。この実施形態の場合には、搬送媒体は不純物や摩耗材を含有することなく良好な潤滑特性を有する必要がある。

図４及び図５は、本発明に係るスクリューポンプ10の異なる斜視図を示し、図６及び図７は、本発明に係るスクリューポンプ10の断面図を示す。なお、これら図における参照符号の説明については、特に図２及び図３を参照されたい。駆動ユニットM1，M2には、制御ユニットS1，S2が割り当てられているため、駆動ユニットM1，M2が個別に制御可能である。この場合、制御ユニットS1，S2により駆動ユニットM1，M2の特に速度が制御可能であり、従って各スピンドル14‐1，14‐2を同期的に作動させることができる。これらスピンドル14‐1，14‐2を、例えば従来の非同期モータで作動させた場合、僅かな速度差が生じる可能性がある。従って、スピンドル14‐1又は14‐2のプロファイル部分P1，P2が歯車の法則に従うことが特に重要である。これにより、より高速なスピンドル14‐1又は14，2で、歯車の法則に従ってより低速なスピンドルを駆動させることができる。

本発明に係る他の実施形態（図示せず）においては、制御ユニットS1，S2を結合させるか又は共通の制御ユニットを、スピンドル14‐1，14‐2の駆動ユニットM1，M2に設けることができる。

以上、本発明を好適な実施形態に基づいて記載した。ただし当業者にとっては、特許請求の範囲内で本発明の変形や修正が実施可能であることは言うまでもない。

１ スクリューポンプ
２ ポンプハウジング
３ 駆動スピンドル
４ 被動スピンドル
５ シャフト通過部
６ 摩耗体
７ 外側軸受箇所
８ 摺動シールリング
９ 歯車
10 スクリューポンプ
12 ポンプハウジング
14 駆動スピンドル
16 自由端
20 ブッシュ
22 接続要素
24 孔
Ａ シャフト部分
Ｌ 軸受部分
Ｍ 駆動ユニット
Ｐ プロファイル部分
Ｓ 制御ユニット

Claims (10)

1. 流体媒体を搬送するためのスクリューポンプ（10）であって、搬送媒体用の入口及び出口を有するポンプハウジング（２，12）と、少なくとも２つのシャフト部分（A1，A2）及び該シャフト部分（A1，A2）間に配置されたプロファイル部分（Ｐ）で構成されたシャフトを含む少なくとも２本のスピンドル（３，４，14‐1，14‐2）とを備え、
   前記少なくとも２本のスピンドル（３，４，14‐1，14‐2）の前記プロファイル部分（Ｐ）は、互いに対して少なくとも部分的に係合し、また前記少なくとも２本のスピンドル（３，４，14‐1，14‐2）は、前記ポンプハウジング（２，12）内で少なくとも部分的に回転できるように配置され、
   更に前記少なくとも２本のスピンドル（３，４，14‐1，14‐2）のうち、少なくとも第１スピンドルは、駆動スピンドルとして構成されると共に、第１駆動ユニット（Ｍ，M1）が直接に割り当てられているスクリューポンプにおいて、
   前記少なくとも２本のスピンドル（14‐2）のうち、少なくとも第２スピンドルには、第２駆動ユニット（M2）が直接に割り当てられていることを特徴とするスクリューポンプ。
2. 請求項１に記載のスクリューポンプ（10）であって、前記第１駆動ユニット（M1）及び前記第２駆動ユニット（M2）それぞれは、前記ポンプハウジング（２）外において、互いに対してほぼ反対側に配置されているスクリューポンプ。
3. 請求項１又は２に記載のスクリューポンプ（10）であって、前記２本のスピンドル（14‐1，14‐2）は、複流式に配置されると共に、前記駆動ユニット（M1，M2）が個別に割り当てられているスクリューポンプ。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載のスクリューポンプ（10）であって、前記少なくとも２本のスピンドル（14‐1，14‐2）それぞれには、前記駆動ユニット（M1，M2）が個別に割り当てられた第１端部領域が配置され、また前記ポンプハウジング（12）は、前記スピンドル（14‐1，14‐2）それぞれに関して、前記駆動ユニット近傍の第１端部領域とプロファイル領域との間のシャフト部分を支持するために、外側軸受（７）用のシャフト通過部（５）を含み、更に互いに対して反対側に位置する前記スピンドル（14‐1，14‐2）の自由端（16‐1，16‐2）が前記ポンプハウジング（12）内に配置及び／又は取り付けられているスクリューポンプ。
5. 請求項４に記載のスクリューポンプ（10）であって、前記スピンドル（14‐1，14‐2）の前記自由端（16‐1，16‐2）は、前記ポンプハウジング（12）内で回転可能に取り付けられているスクリューポンプ。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のスクリューポンプ（10）であって、前記駆動ユニット（M1，M2）が個別に割り当てられた前記少なくとも２本のスピンドル（14‐1，14‐2）には、前記スピンドル（14‐1，14‐2）のシャフト領域（A1）用の前記外側軸受（７）と、前記外側軸受（７）の反対側に位置する前記スピンドル（14‐1，14‐2）の前記自由端（16‐1，16，2）用の内側軸受と、前記ポンプハウジング（２）の前記シャフト通過部（５）をシールするためのシール要素（８）が設けられているスクリューポンプ。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載のスクリューポンプ（10）であって、前記第１駆動ユニット（M1）及び前記少なくとも１個の第２駆動ユニット（M2）には、同一の電気モータが使用されているスクリューポンプ。
8. 請求項７に記載のスクリューポンプ（10）であって、前記電気モータは、同期モータ又は非同期モータであるスクリューポンプ。
9. 請求項５〜８の何れか一項に記載のスクリューポンプ（10）であって、互いに対して反対側に位置する前記スピンドル（14‐1，14‐2）の前記自由端（16‐1，16‐2）は、ブッシュ（20‐1，20‐2）内で回転可能に取り付けられ、また接続要素（22‐1，22‐2）が前記ブッシュ（20‐1，20‐2）に割り当てられ、更に前記接続要素（22‐1，22‐2）を介して潤滑剤が供給可能であるスクリューポンプ。
10. 請求項５〜８の何れか一項に記載のスクリューポンプ（10）であって、互いに対して反対側に位置する前記スピンドル（14‐1，14‐2）の前記自由端（16‐1，16‐2）は、ブッシュ（20‐1，20‐2）内で回転可能に取り付けられ、前記スピンドル（14‐1，14‐2）は、搬送媒体が前記ブッシュ（20‐1，20‐2）まで通過するための少なくとも１つの孔（24‐1，24‐2）を含んでいるスクリューポンプ。

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