DE1553214C3

DE1553214C3 - Schraubenspindelpumpe

Info

Publication number: DE1553214C3
Application number: DE19661553214
Authority: DE
Inventors: Frederick Bath Somerset Pollak (Grossbritannien)
Original assignee: STOTHERT AND PITT Ltd BATH SOMERSET (GROSSBRITANNIEN)
Current assignee: STOTHERT AND PITT Ltd BATH SOMERSET (GROSSBRITANNIEN)
Priority date: 1965-12-21
Filing date: 1966-12-17
Publication date: 1974-10-10
Also published as: DE1553214A1; DE1553214B2; GB1065000A; FR1505892A

Description

ίο Die Erfindung betrifft eine Schraubenspindelpumpe mit wenigstens zwei miteinander kämmenden, zueinander parallelen Schraubenspindeln unterschiedlicher Steigungsrichtung, die in einem Gehäuse mit wenigstens einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung für die Förderflüssigkeit angeordnet sind, bei der das Gewinde jeder Schraubenspindel von der Einlaßöffnung ausgehend eine stetig oder abschnittweise zunehmende Steigung aufweist, mit einer beweglichen Hüfte, die zwischen einem Teilabschnitt der Schraubenspindeln und dem Gehäuse dichtend angeordnet ist, und mit einer Einrichtung, mit der die bewegliche Hülse in axialer Richtung der Schraubenspindeln bewegbar ist.

In der britischen Patentschrift 890 507 ist eine Schraubenspindelpumpe dieser Art erläutert, bei der es möglich ist, durch eine Relativbewegung zwischen der Hülse und den Schraubenspindeln die Fördermenge der Pumpe bei konstanter Drehzahl zu verändern.

Es hat sich herausgestellt, daß eine solche Pumpe, wenn sie auch zufriedenstellend arbeitet, den Nachteil besitzt, daß bei einigen Stellungen der Hülse, insbesondere wenn sich diese in der Nähe des Schraubenspindelendes mit der kleineren Steigung befindet, bei der die Hülse eine verhältnismäßig große Anzahl von Schraubengängen überdeckt, innerhalb der Schraubengänge ein gewisses Vakuum auftritt. Dieses Vakuum kommt dadurch zustande, daß die Flüssigkeitsmenge, die in den Abschnitt mit kleinerer Steigung eintritt, nicht ausreicht, den durch die Abschnitte mit größerer Steigung freigegebenen Raum auszufüllen. Dadurch wird nicht nur Leistung verbraucht, sondern es kommt auch zu Kavitationserscheinungen mit den bekannten Nachteilen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Schraubenpumpe der eingangs genannten Art so zu entwickeln, daß derartige Leistungsverluste und das Auftreten einer Kavitation, insbesondere in dem Bereich, in dem die Schraubenspindeln ihre geringste Steigung aufweisen, vermieden oder wenigstens wesentlich verringert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die bewegliche Hülse im Bereich der Einlaßöffnung wenigstens zwei Schraubengänge umfaßt, daß zwischen dem Gehäuse und den Schraubenspindeln im Bereich der Auslaßöffnung eine weitere ortsfeste und an dem Gehäuse dichtend anliegende Hülse angeordnet ist, die eine solche Länge aufweist, daß sie nur zusammen mit der an dieser dichtend anliegenden beweglichen Hülse mindestens zwei Schraubengänge der Schraubenspindeln überdeckt.

Außer der Vermeidung von Kaviationserscheinungen weist die erfindungsgemäße Pumpe den wesentlichen Vorteil auf, daß eine erhöhte Pumpleistung erreichbar ist, da keine Energie zur Ausbildung eines Vakuums aufgewendet werden muß.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die ortsfeste Hülse mit

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einer oder mehreren Ausgleichsbohrungen versehen nicht dargestellten Antrieb von außen derart angeist, welche den Zwischenraum zwischen den beiden trieben, daß sie in entgegengesetzten Richtungen umHülsen mit dem Hochdruckbereich verbinden. laufen.

Dadurch wird der Vorteil erreichbar, daß keine Das Gehäuse 1 ist auf der Niederdruckseite L mit

Flüssigkeit zwischen der festen und der beweglichen 5 einer Einlaßöffnung 9 und auf der Hochdruckseite H

Hülse eingeschlossen werden kann, wodurch es er- mit einer Auslaßöffnung 10 versehen, durch die das

leichtert wird, die beiden Hülsen miteinander in Be- Medium der Pumpe zugeführt bzw. aus der Pumpe

rührung zu bringen. abgeführt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Die beiden Schraubenspindeln 7 und 8 besitzen

sieht vor, daß an der Hochdruckseite der Pumpe eine io ungleichförmige Steigung über ihre Länge, wobei die

der Verschiebung der beweglichen Hülse dienende Steigung von der Hochdruckseite H der Pumpe kon-

Kolbenstange vorgesehen ist, deren eines Ende mit tinuierlich zur Niederdruckseite L abnimmt,

der beweglichen Hülse verbunden ist und an deren Andererseits können die Schraubenspindeln statt

anderem Ende ein Kolben befestigt ist, der in einem mit einer kontinuierlich, aber nicht unbedingt sich

Zylinder achsparallel verschiebbar ist, daß an diesem 15 konstant ändernden Steigung mit abgestuften Stei-

Ende der Kolbenstange eine Verschiebeeinrichtung für gungen von einem Ende zum anderen versehen wer-

die Kolbenstange angreift, daß die der Pumpe züge- den, und zwar dadurch, daß zwei oder mehr Schrau-

wandte Seite des Kolbens über einen Ringkanal mit benabschnitte auf eine gemeinsame Welle aufgesetzt

der Hochdruckseite der Pumpe verbunden ist und werden, die je über ihre Länge gleichförmige Stei-

daß die andere Seite des Kolbens über eine Rohrlei- 20 gung besitzen', wobei aber die Steigung jedes Ab-

tung mit der Niederdruckseite der Pumpe in Verbin- Schnitts sich von der des benachbarten Abschnitts

dung steht. unterscheidet.

Hierdurch wird der Vorteil erzielbar, daß die Ver- Innerhalb des Gehäuses 1 ist eine festliegende

stelleinrichtung der beweglichen Hülse keinen Diffe- Hülse 11 vorgesehen, die mittels einer Maden-

rentialkräften unterworfen ist und somit besonders 35 schraube 12 in ihrer Lage gehalten wird und die En-

leicht betätigbar ist. Außerdem wird dadurch die Ab- den der Schraubenspindeln 7, 8 dort umschließt, wo

nutzung der Betätigungseinrichtung vermindert. die Steigung am größten ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungs- Weiterhin ist im Gehäuse 1 eine die Schraubenform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kolben- spindeln 7, 8 umschließende bewegliche Hülse 13 stange innerhalb der beweglichen Hülse von einer er- 3° vorgesehen. Die Bewegung dieser Hülse 13 wird weiterten Bohrung umfaßt ist, daß das mit der be- durch eine von Hand betätigte Einrichtung 14 vorgeweglichen Hülse verbundene Ende der Kolbenstange nommen.

eine Axialbohrung aufweist, in die eine Druckfeder Die Einrichtung 14 weist eine Kolbenstange 15 und ein darauf aufsitzendes Ventil eingeschoben ist, auf, deren eines Ende mit der Hülse 13 verbunden daß die Axialbohrung durch einen Betätigungskolben 35 ist, die zwischen einer Mutter und einer Scheibe 16 abgeschlossen ist, durch den das Ventilglied so ver- und einer Buchse 17 gehalten wird, die an einem Anschiebbar ist, daß die Axialbohrung bei Stellung der schlag an der Stange 15 anliegt. Das andere Ende der beweglichen Hülse an der Einlaßseite über im Hoch- Kolbenstange 15 ist mit einem Kolben 18 versehen, druckbereich angeordnete Kanäle mit dem Förder- der sich in einem Zylinder 19 bewegen kann, wobei raum und über eine innerhalb der beweglichen Hülse 40 die Kolbenstange mit einer Bohrung 20 versehen ist. angeordnete Radialbohrung mit der erweiterten Boh- Der Kolben 18 soll die unterschiedlichen Kräfte ausrung und über diese durch eine weitere Radialboh- gleichen, die auf die Hülse 13 wirken, so daß die rung mit den Schraubengängen der Schraubenspin- zum Bewegen der Hülse 13 erforderliche Kraft nur dein in Verbindung steht. gering ist. Die eine Seite des Kolbens 18 ist daher

Auf diese Weise wird es ermöglicht, Hochdruck- 45 über einen Riiigkanal 34 dem Druck ausgesetzt, der

flüssigkeit in die Schraubenspindeln zurückzufor- auf der Hochdruckseite der Pumpe herrscht, während

dem, so daß auf diese Weise Kavitationserscheinun- die andere Seite des Kolbens 18 über eine Rohrlei-

gen zusätzlich entgegengewirkt wird. tung 35, die mit der Niederdruckseite der Pumpe in

Eine vorzugsweise Ausführungsform der Erfin- Verbindung steht, mit dem auf dieser Seite herr-

dung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt 50 sehenden Druck beaufschlagt wird. In die Bohrung

und wird im folgenden im einzelnen erläutert. 20 faßt eine Gewindespindel 21 hinein, die mit dem

F i g. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine Innengewinde in einer Spindelmutter 36 in Eingriff

Pumpe gemäß der Erfindung; steht, die den Kolben 18 relativ zur Kolbenstange 15

Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie2-2 der festhält. Die Spindel faßt durch ein Ende des Zylin-

F i g. 1; 55 ders 19 hindurch und ist mit einem Handrad 22 ver-

Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie3-3 der sehen. Durch eine Drehung am Handrad 22 wird die

F i g. 2; Hülse 13 in Längsrichtung der Schraubenspindeln 7, 8

F i g. 4 und 5 sind Schnitte durch eine abgeänderte und relativ zur festliegenden Hülse 11 verschoben,

bewegliche Hülse. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die

Die Zeichnung zeigt eine Schraubenspindelpumpe, 60 Handbetätigung der Verstelleinrichtung beschränkt; die ein Gehäuse 1 aufweist, in dem zwei parallel an- es ist klar, daß die Betätigung auch automatisch ergeordnete Schraubenspindeln 7 und 8 liegen, die mit folgen kann, um bestimmte Anforderungen zu erfülentgegengesetzten Steigungsrichtungen versehen sind len, wobei z. B. ein Servomotor benutzt wird, und drehbar in Lagern gelagert sind, die parallel Im Betrieb bilden die Hülse 11 oder die Hülsen 11 zueinander liegen und derart angeordnet sind, daß 65 und 13 zusammen eine Dichtung zwischen der die beiden Schraubenspindeln kämmend ineinander Niederdruckseite und der Hochdruckseite der fassen. Pumpe. Um eine zufriedenstellende Dichtung zu er-

Die beiden Schraubenspindeln werden durch einen reichen, ist es je nach Schraubengeometrie und ande-

ren Faktoren, wie ζ. B. der zulässigen Leckmenge, erforderlich, daß innerhalb der Hülsen mehrere Schraubengänge liegen.

Gemäß der Erfindung weist nun das bewegliche Hülsenteil 13 eine Länge auf, die nur eine geringe Anzahl (beispielsweise zwei) Gänge mit der kleinsten Steigung in der Nähe der Einlaßöffnung 9 überdekken kann. Es geht aus der Zeichnung deutlich hervor, daß bei einer Länge der beweglichen Hülse, die nur wenig Gänge mit kleinster Steigung überdecken kann, diese Länge nicht ausreicht, die erforderliche Anzahl von Gängen mit größerer Steigung zu überdecken. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, ist die festliegende Hülse 11, wie oben bereits erwähnt, angeordnet, so daß für die maximale Fördermenge die bewegliche Hülse 13 in eine Stellung gebracht wird, in der sie die festliegende Hülse 11 berührt, wobei die beiden Hülsen derart zusammenwirken, daß sie eine einzige Hülse mit größerer Länge bilden, die eine Mehrzahl von Gängen mit größerer Steigung überdecken kann. Da die festliegende Hülse eine Länge aufweist, die im Betrieb der Pumpe nicht die erforderliche Mindestanzahl von Gängen zum einwandfreien Betrieb überdecken kann, bleibt diese Hülse unwirksam, wenn sie nicht mit der beweglichen Hülse zusammenwirkt. Weiterhin ist die festliegende Hülse 11 mit einer oder mehreren Ausgleichsbohrungen 23 versehen, die es ermöglichen, daß das zwischen den beiden Hülsen eingeschlossene Medium entweichen kann, wenn die Hülsen gegeneinander geschoben werden. Aus dem vorstehenden geht hervor, daß durch eine Verschiebung der Hülse 13 in Längsrichtung der Schraubenspindeln 7 und 8 die Fördermenge der Pumpe ohne Änderung der Drehzahl verändert werden kann.

Um sicherzustellen, daß in den Gängen mit kleinerer Steigung innerhalb der Hülse, wenn sich diese in der Nähe des Einlaßendes der Schraubenspindeln 7, 8 befindet, nicht zu wenig Medium ist, kann die Einrichtung 14 derart abgeändert werden, wie es die F i g. 4 und 5 zeigen.

Nach den F i g. 4 und 5 ist die bewegliche Hülse 13, die auf der Kolbenstange 15 zwischen einem Ansatz 24 und einer Haltemutter 25 festgehalten wird, mit einer Bohrung 26 versehen, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Kolbenstange innerhalb der beweglichen Hülse. Dieser erweiterte Teil der Bohrung steht über einen Kanal 27 mit den Schraubenspindeln 7, 8 in Verbindung. Innerhalb einer Axialbohrung 28 in der Kolbenstange 15 liegt ein Ventilglied 29, das mit einem Betätigungskolben

ίο 30 versehen ist. Das Ventilglied 29 wirkt mit Kanälen 31 zusammen, die in der Kolbenstange 15 ausgebildet sind, und wird durch eine Druckfeder 32 in eine Stellung gedrückt, in der es diese Kanäle 31 verschließt.

Wenn im Betrieb die Hülse 13 zur Einlaßseite der Schraubenspindeln 7, 8 hinbewegt wird, kommt der Kolben 30 zur Anlage an einem Anschlag, der einen Teil des Gehäuses 1 bilden kann, und das Ventilglied 29 wird aus der in F i g. 4 dargestellten Lage in die Lage der F i g. 5 gedrückt, in der die Kanäle 31 offen sind. In dieser Stellung des Ventilgliedes kann Medium von der Hochdruckseite der Hülse 13 durch die Kanäle 31 und von dort durch weitere Kanäle 33 und den Kanal 27 in die Räume eintreten, die durch das Schraubengewinde innerhalb der Hülse 13 begrenzt werden.

Auf diese Weise wird fehlendes Medium in den Gängen mit größerer Steigung, die von der Hülse 13 überdeckt werden, durch Hochdruckmedium ersetzt, das von der Hochdruckseite in die Schraubengänge zurückgeleitet wird.

Wenn auch die Erfindung an Hand einer Pumpe erläutert wurde, die nur mit zwei zusammenwirkenden Schraubenspindeln, einem einzigen Einlaß und einem einzigen Auslaß versehen ist, ist doch klar, daß sie nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Die Pumpe kann selbstverständlich auch zwei Schraubenspindelpaare aufweisen, wobei das Gehäuse dann mit einem einzigen Einlaß und zwei Auslassen oder mit einem einzigen Auslaß und zwei Einlassen versehen sein kann, wie es in der Patentschrift 890 507 erläutert ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schraubenspindelpumpe mit wenigstens zwei miteinander kämmenden, zueinander parallelen Schraubenspindeln unterschiedlicher Steigungsrichtung, die in einem Gehäuse mit wenigstens einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung für die Förderflüssigkeit angeordnet sind, bei der das Gewinde jeder Schraubenspindel von der Einlaßöffnung ausgehend eine stetig oder abschnittweise zunehmende Steigung aufweist, mit einer beweglichen Hülse, die zwischen einem Teilabschnitt der Schraubenspindeln und dem Gehäuse dichtend angeordnet ist, und mit einer Einrichtung, mit der die bewegliche Hülse in axialer Richtung der Schraubenspindeln bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Hülse im Bereich der Einlaßöffnung (9) wenigstens zwei Schraubengänge umfaßt, daß zwischen dem Gehäuse (1) und den Schraubenspindeln (7, 8) im Bereich der Auslaßöffnung (10) eine weitere ortsfeste und an dem Gehäuse dichtend anliegende Hülse (11) angeordnet ist, die eine solche Länge aufweist, daß sie nur zusammen mit der an dieser dichtend anliegenden beweglichen Hülse mindestens zwei Schraubengänge der Schraubenspindeln überdeckt.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Hülse (11) mit einer oder mehreren Ausgleichsbohrungen (23) versehen ist, welche den Zwischenraum zwischen den beiden Hülsen (11, 13) mit dem Hochdruckbereich verbinden.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Hochdruckseite der Pumpe eine der Verschiebung der beweglichen Hülse (13) dienende Kolbenstange (15) vorgesehen ist, deren eines Ende mit der beweglichen Hülse (13) verbunden ist und an deren anderem Ende ein Kolben (18) befestigt ist, der in einem Zylinder (19) achsparallel verschiebbar ist, daß an diesem Ende der Kolbenstange (15) eine Verschiebeeinrichtung (21, 22, 36) für die Kolbenstange (15) angreift, daß die der Pumpe zugewandte Seite des Kolbens (18) über einen Ringkanal (34) mit der Hochdruckseite (H) der Pumpe verbunden ist und daß die andere Seite des Kolbens (18) über eine Rohrleitung (35) mit der Niederdruckseite (L) der Pumpe in Verbindung steht.

4. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (15) innerhalb der beweglichen Hülse (13) von einer erweiterten Bohrung (26) umfaßt ist, daß das mit der beweglichen Hülse verbundene Ende der Kolbenstange eine Axialbohrung (28) aufweist, in die eine Druckfeder (32) und ein darauf aufsitzendes Ventil (29) eingeschoben ist, daß die Axialbohrung durch einen Betätigungskolben (30) abgeschlossen ist, durch den das Ventilglied so verschiebbar ist, daß die Axialbohrung bei Stellung der beweglichen Hülse an der Einlaßseite über im Hochdruckbereich angeordnete Kanäle (31) mit dem Förderraum und über eine innerhalb der beweglichen Hülse angeordnete Radialbohrung (33) mit der erweiterten Bohrung (26) und über diese durch eine weitere Radialbohrung (27) mit den Schraubengängen der Schraubenspindeln in Verbindung steht.