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Bezeichnung: Schraubenspindelpumpe
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Gegenstand der Erfindung ist eine Schraubenspindelpumpe mit einer
Antriebsspindel und mit zumindest einer Laufspindel, die in ihrer axialen Lage zur
Antriebsspindel durch Abstützung über zwei gegenüberliegende Stirnflächen festgelegt
ist und die einen kleinen Kerndurchmesser des Sördergewindes aufweist, wobei die
eine Stirnfläche der Laufspindel die Stirnfläche des Schubausgleichskolbens ist,
die an einem davorliegenden Gehäuseteil oder an der Stirnfläche des Schubausgleichskolbens
der Antriebsspindel anläuft.
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Eine derartige Schraubenspindelpumpe ist aus dem DT-C,M 7636 196 bekannt,
und zwar läuft hier die druckseitige Stirnfläche der Laufspindel axial an dem Boden
der Ausgleichsbuchse, als davorliegendem Gehäuseteil, an. Diese Anlage ist erforderlich
um den mechanischen Verzahnungsschub, der beim Drehen der Laufspindel auftritt,
abzufangen. Der hydraulische
Axialschub wird mittels dem als zylindrischen
Zapfen ausgebildeten Ausgleichskolben kompensiert. Um die axiale Lage der Laufspindel
zur Saugseite hin festzulegen, läuft die gegenüberliegende saugseitige Stirnseite
der Laufspindel axial an einem auf der Antriebsspindel aufgesetzten Wellenbund an.
Diese Lösung ist zwar technisch einwandfrei, jedoch aufwendig, weil einmal auf die
Antriebsspindel als zusätzliches Bauteil der Wellenbund aufgeschrumpft werden muß
und zum anderen die Antriebsspindel und die Laufspindeln wesentlich länger ausgeführt
werden müssen, als das umgebende Pumpengehäuse. Diese längere Spindelausführung
ist durch den Fräserauslauf bei der Herstellung des Fördergewindes der Laufspindel
bedingt, da die Laufspindel an ihrem Ende zum Anlauf an dem Ringbund den annähernd
vollen Kreisquerschnitt aufweisen muß. Außerdem würde ein zu nahe an das Pumpengehäuse
herangerückter Ringbund den Zulauf zum Fördergewinde in der Pumpe versperren.
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Bei einer in der Praxis bekannt gewordenen Pumpenausführung (Fabrikat:
IMO, Typ E 4 S) läuft in Ubereinstimmung mit dem Oberbegriff des Patentanspruches
die Stirnfläche des Schubausgleichskolbens der Laufspindel an der Stirnfläche des
davorliegenden Schubausgleichskolbens der Antriebsspindel an.
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Die gegenüberliegende Stirnfläche der Laufspindel ist hier an einem
kleinen Ringbund ausgebildet, der vor dem Schubausgleichskolben der Antriebs spindel
liegt und mit seiner Stirnfläche
an der entgegengesetzten Stirnfläche
des Schubausgleichskolbens der Antriebsspindel anliegt. Der Ringbund ist über einen
sehr dünnen Zapfen mit der Laufspindel verbunden. Aufgrund des strukturellen Aufbaus
des Fördergewindes in Bezug auf Achsabstände, Aussen- und Kerndurchmesser des Fördergewindes,
sowie der daraus resultierenden Maße für den Durchmesser der Schubausaleichskolbens1ist
der den Ringbund tragende Zapfen im Durchmesser nur kleiner auszuführen als der
ohnehin bei modernen Schraubenspindelpumpen sehr klein gehaltene Kerndurchmesser
des Fördergewindes bei dem der Kerndurchmesser des Laufspindelgewindes ein Drittel
des Gewindeaußendurchmessers beträgt. Durch die sehr schwache Dimmensionierung des
Zapfens besteht schon bei der Fertigung die Gefahr, daß durch rauhen Transport oder
unvorsichtiges Spannen eine Unrundheit oder Schlag hervorgerufen wird, die den späteren
Lauf in der Pumpe negativ beeinflußt oder ganz verhindern kann. Da die Laufspindeln
auch häufig gehärtet oder nitriert werden, können durch den sehr schroffen Durchmesserunterschied
zwischen dem vollen Laufspindeldurchmesser und dem sehr dünnen Zapfen Spannungsrisse
oder Kerbspannungen entstehen, wodurch die Bruchgefahr sehr groß wird. Zu diesen
geschilderten Nachteilen kommt noch hinzu, daß gegenüber der vorab geschilderten
Ausführung keine wesentliche Baulängenverkürzung der Laufspindel erzielt wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraubenspindelpumpe
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der bei sicherer Abstützung und reduziertem
Bauaufwand eine kürzere Baulänge der Laufspindel erreicht wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß a) die
andere Stirnfläche der Laufspindel die Flanke einer Ringnut ist, die an der Schulterfläche
eines Ringbundes der Antriebsspindel anläuft, b) die Ringnut in der Laufspindel
zumindest im Bereich der anlaufenden Flanke am vollen Durchmesser der Laufspindel
zwischen dem Fördergewindeauslauf und dem Ausgleichskolben ausgebildet ist und einen
Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Kerndurchmesser des Fördergewindes
und c) der Außendurchmesser des Ringbundes der Antriebsspindel geringer ist als
der Außendurchmesser des Fördergewindes der Antriebsspindel.
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Vorzugsweise hat der Innendurchmesser der Ringnut der Laufspindel
in etwa den 1,5- bis 2-fachen Wert des Kerndurchmessers.
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Bei der erfindungsgemäß ausgeführten Schraubenspindelpumpe wird die
Länge der Laufspindel gegenüber den bisherigen Ausführungen verkürzt, da die bisher
vorhandenen überlänge an der Saugseite oder vor dem Ausgleichskolben wegfallen.
Durch genaues Zusammenlegen der anlaufenden Flanke der Ringnut mit dem Ende des
Fördergewindeauslaufes, das in jedem Falle vor dem Ausgleichskolben liegen muß,
beansprucht die erfindungsgemäßt Lösung gegenüber den bekannten Ausführungen auch
innerhalb dem eigentlichen pumpenbereich keine Mehrlnge. Die Spindellänge kann daher
optimal kurz gehalten werden. Dadurch, daß die Ringnut im Auslaufbereich des Fördergewindes
liegt und relativ schmal sein kann, steht für die Ausgestaltung des Innendurchmessers
annähernd der volle Laufspindelquerschnitt zur Verfügung, der Innendurchmesser kann
daher so reichlich bemessen werden,.daß der vor der Ringnut liegende Bereich der
Laufspindel mit dem Ausgleichskolben sicher gehalten wird und keine Gefahr des Unrundlaufs
bzw. des Ab brechens besteht. Alle zu erwartenden mechanischen Beanspruchungen können
mit Sicherheit aufgenommen werden.
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Als genügende Dimmensionierung für den Innendurchmesser der Ringnut
wird der 1,5- bis 2-fache Wert des Kerndurchmessers des Fördergewindes der Laufspindel
vorgeschlagen.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer
Schraubenspindelpumpen daraestellt.
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F i g u r 1 zeigt dabei eine Schraubenspindelpumpenausführung, bei
der die Laufspindeln mit der Stirnfläche des Ausgleichskolbens an der Stirnfläche
des Ausgleichskolbens der Antriebsspindel anlaufen.
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F i g u r 2 zeigt einen Schnitt durch diese Schraubenspindelpumpe
entlang der Schnittlinie A-B, wobei nur der Spindelbereich dargestellt ist.
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F-i g u r 3 zeigt eine Schraubenspindelpumpenausführung, bei der die
Laufspindeln mit der Stirnfläche des Ausgleichskolbens an einem davorliegenden Gehäuseteil
anlaufen.
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Bei der Schraubenspindelpumpe gemäß Figur 1 umschließt das Gehäuse
1 die Antriebs spindel 2 und die beiden Laufspindeln 3 und 4. Bei Rechtsdrehung
der Antriebsspindel wird in der eingezeichneten Pfeilrichtung von der Saugseite
5 zur Druckseite 6 gefördert. Der Anschluß 7 für die Saugleitung und der Anschluß
8 für die Druckleitung sind dabei mit gestrichelten Linien angedeutet. Saugseitig
ist das Pumpengehäuse 1 mit einem Deckel 9 verschlossen; druckseitig ist ein die
Wellenabdichtung 1o aufnehmender Deckel 11 als Verschluß vorgesehen.
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Die Antriebsspindel 1 ist mittels einem Kugellager 12 axial fixiert.
Die Laufspindeln 3 und 4 laufen, wie insbesondere aus Figur 2 hervorgeht, ebenso
wie die Antriebsspindel 2 an den Außendurchmessern da und Da mit engem Spiel in
den drei sich überschneidenden Bohrungen 13, 14, 15 des Pumpengehäuses um und sind
hier radial gelagert. Der Außendurchmesser da der Laufspindel ist gleichgroß wie
der Kerndurchmesser DK der Antriebsspindel. Bei modernen Fördergewinden von Schraubenspindelpumpen
ist dabei der Kerndurchmesser dk der Laufspindel sehr dünn, d. h. in der Regel ein
Drittel des Außendurchmessers da der Laufspindel. Hieraus ergibt sich, daß für die
miteinander kämmenden Fördergewinde der Außendurchmesser Da der Antriebsspindel
5/3 x da ist.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel besitzen die Ausgleichskolben
16, 17 der Laufspindeln und der Ausgleichskolben 18 der Antriebsspindel den Außendurchmesser
der zugehörigen Fördergewinde und laufen wie diese ebenfalls mit engem Spiel in
den Gehäusebohrungen 13, 14, 15 um, wobei die Laufspindeln mit den Stirnflächen
19, 20 der Schubausgleichskolben an der Stirnfläche 21 des Schubausgleichskolbens
der Antriebsspindel 2 anlaufen und den Druckraum 6 gegenüber dem Raum 22 im Bereich
des des Kugellagers 12 und des Ausgleichskol})ens 18 der Antriebsspindel abdichten.
Über den Kanal 23 und die Bohrung 24 im Pumpengehäuse 1 ist der Raum 22 und somit
auch die Stirnflächen der Ausgleichskolben vom Förderdruck entlastet,
so
daß die hydraulischen Schubkräfte ausgeglichen sind. Erfindungsgemäß ist in jeder
Laufspindel eine Ringnut 25, 26 angebracht, deren Flanke 27, 28 an der Schulterfläche
29 eines Ringbundes 30 der Antriebsspindel 2 anläuft.
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Die Ringnut 25, 26 in den Laufspindeln 3, 4 besitzt im Bereich der
anlaufenden Flanke durch das unmittelbare Angrenzen an den Ausgleichskolben 17,
16 deren vollen Durchmesser. Die andere Flanke der Ringnut grenzt an den Fördergewindeauslauf
31, 32 der Laufspindel an. Wie insbesondere aus Figur 2 hervorgeht, ist der Innendurchmesser
di der Ringnut größer als der Kerndurchmesser dk des Fördergewindes der Laufspindeln,
weiter ist der Außendurchmesser DR des Ringbundes 30 der Antriebsspindel 2 kleiner
als der Außendurchmesser DA des Fördergewindes. Der kleinere Durchmesser des Ringbundes
30 ist bei der Fördergewindefertigung für den Fräserauslauf vorteilhaft. Vorzugsweise
ist der Innendurchmesser di der Ringnut 25, 26 der Laufspindel ca. 1,5- bis 2,o
mal so groß wie der Kerndurchmesser dk.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch die andere Flanke 33,
34 der Ringnut 25, 26 der Laufspindel vor dem Fördergewindeauslauf 31, 32 am vollen
Durchmesser ausgeführt. Hierdurch kann durch Anlaufen an der anderen Schulterfläche
35 des Ringbundes 30 die Funktion eines Hilfslagers
übernommen
werden, wodurch die Anlaufstelle zwischen Stirnseite des Schubausgleichskolbens
der Laufspindel an der Stirnfläche des Schubausgleichskolbens der Antriebsspindel
entlastet wird. Diese Anordnung kann besonders vorteilhaft sein, wenn am Fördergewinde
große Verzahnungsschube auftreten, beispielsweise, wenn das Fördergewinde einen
kleinen Steigungswinkel hat oder wenn mit der Pumpe Flüssigkeit mit großer Viskosität
gefördert werden.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden bei ci?sreichender Stabilität
die Laufspindeln sicher in ihrer axialen Lage festgelegt, wobei die bisher erforderlichen
überlangen an jeweils einem Ende wegfallen.
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Die in Figur 3 dargestellte Schraubenspindelpumpe ist eine Einschubpumpe,
die mit ihrem Pumpengehäuse 40 in ein anderes strichpunktiert dargestelltes Gehäuse
41 mit einem Saugraum 42 und einem Druckraum 43 eingeschoben ist. Die Schraubenspindelpumpe
weist eine Antriebsspindel 44 und zwei Laufspindeln 45 und 46 auf, die in dem Pumpengehäuse
mit engem Laufspiel umlaufen. Druckseitig sind die Laufspindeln mit einem Ausgleichskolben
47, 48 versehen, der ebenfalls mit engem Laufspiel in einem als Buchse ausgebildete
Gehäuse teil 49, 50 umläuft. Der Ausgleichskolben 51 der Antriebsspindel 44 wird
mit engem Spiel vom Pumpendeckel 52 umschlossen. Die Antriebsspindel 44 ist axial
mittels dem Kugellager
53 festgelegt, das zwischen dem die Wellenabdichtung
54 umschließenden Pumpendeckelaufsatzes 55 axial und radial fixiert ist. Durch umfangreiche
Kanäle und Bohrungen 56, 57 58 sowie ein gestrichelt angedeutetes Rohr 59 sind die
Stirnflächen 60, 61, 62 der Ausgleichskolben von Laufspindeln und Antriebsspindel
vom Förderdruck entlastet. Bei richtiger Dimmensionierung der Durchmesser der Ausgleichskolben,
auf die hier jedoch nicht genauer eingegangen werden soll, kann hiermit der hydraulische
Axialschub an den Spindeln vollkommen ausgeglichen werden. Die mechanischen Axialschübe,
die insbesondere aus dem Verzahnungsschub resultieren, werden bei der Antriebsspindel
44 durch das Kugeliager 53 aufgenommen. Der Verzahnungsschub bei den Laufspindeln
wird durch Anlage der Stirnflächen 60, 61 der Ausgleichskolben 47, 48 am davorliegenden
Boden 63, 64 des als Büchse ausgebildeten Gehäuseteils 49, 50 aufgefangen.
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Erfindungsgemäß weisen die Laufspindeln 45, 46 eine Ringnut 65, 66.
an deren Flanke 67, 68, als entgegengesetzte Stirnfläche zu den Stirnflächen 60,
61 des Ausgleichskolbens, die Schulterfläche 69 eines Ringbundes 70 der Antriebsspindel
44 anläuft. Die Flanke 67, 68 der Ringnut 65, 66 ist dabei am vollen Durchmesser
der Laufspindel ausgebildet. Der davor liegende Ausgleichskolben 47, 48 ist im Durchmesser
abgesetzt. Die Ringnut ist in den Auslaufbereich des Fördergewindes gelegt und weist
einen größeren Innendurchmesser auf als der Kerndurchmesser des Fördergewindes.
Es sind
hier die selben Durchmesserverhältnisse vorhanden, wie
bei dem in Figur 1 und 2 schon behandelten Ausführungsbeispiel.
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Das mit der strichpunktierten Linie sinnbildlich dargestellte Fräswerkzeug
71 verdeutlicht, daß durch die Verlegung der Ringnut in den Auslaufbereich des Förderaewindes
der Innendurchmesser der Ringnut sehr groß gehalten werden kann, unberührt vom sehr
geringen Kerndurchmesser des Fördergewindes der Laufspindel. Alle an der Laufspindel
auftretenden Beanspruchungen, können daher sicher aufgenommen werden.
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Der Außendurchmesser des Ringbundes 70 der Antriebsspindel 44 ist
kleiner als der Außendurchmesser des Fördergewindes und vorzugsweise aus Gründen
des besseren Fräserauslaufes bei der Gewindefertigung zur Gewindeseite hin angeschrägt.
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Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Stirnflächen 60, 61 der Ausgleichskolben
mit dem vollen Querschnitt am Hoden 63, 64 der Gehäuseteile 49, 50 anlaufen, kann
für alle netriebsfälle auf ein zusätzliches Anlaufen der anderen Flanke der Ringnut
an der der Schulterfläche 69 gegenüberliegenden Schulterfläche des Ringbundes 70
verzichtet werden.