DE3718863A1 - Screw pump - Google Patents

Abstract

The use of screw pumps for discharge flows under 2.5 l/min at a speed of 1450 r.p.m. has not been commercially viable to date, because the constructional effort and the efficiency of previous pumps are too poor. These shortcomings are overcome by the features of the present invention because the number of sealing points is minimised, and the sealing points and screw spindles themselves can be manufactured more precisely and with smaller clearances.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubenspindelpumpe, insbesondere eine Kleinschraubenspindelpumpe mit einem theoretischen Förder­ strom unter 2,5 l/min bei einer Drehzahl von 1450 min^-1.The invention relates to a screw pump, in particular a small screw pump with a theoretical flow rate below 2.5 l / min at a speed of 1450 min ^-1 .

Der Einsatz von Schraubenspindelpumpen für derart kleine For­ derströme war bisher wirtschaftlich nicht möglich. Der Trend in der Entwicklung von Schraubenspindelpumpen ging in den letzten Jahren zu dreispindeligen Pumpen mit jeweils zweigängigen Spin­ deln. Bei diesen Pumpen ist zwar das Verhältnis von Spindel­ querschnitt und Förderquerschnitt optimal ausgenutzt, sie haben jedoch infolge der Vielzahl der Spindeln und deren Zweigängig­ keit eine sehr große Dichtlinienlänge zwischen den ineinander greifenden Spindeln einerseits und den Spindeln und dem um­ schließenden Laufgehäuse andererseits. Infolge des erforder­ lichen Laufspieles und der unvermeidbaren Fertigungstoleranzen, die bei kleineren Pumpen stärker ins Gewicht fallen, nimmt bei 3 spindeligen Kleinpumpen der volumetrische Wirkungsgrad so stark ab, daß eine praktische Anwendung nicht mehr möglich ist.The use of screw pumps for such small For Up to now, the streams have not been economically possible. The trend in The development of screw pumps went in the last Years to three-spindle pumps, each with two-speed spin deln. With these pumps, the ratio of the spindle is true cross-section and conveyor cross-section optimally used, you have however due to the large number of spindles and their double-start a very large sealing line length between the one another gripping spindles on the one hand and the spindles and around closing barrel housing on the other hand. As a result of the required play and the inevitable manufacturing tolerances, which are more important for smaller pumps is increasing 3 spindle small pumps the volumetric efficiency so strongly that a practical application is no longer possible.

Auch bekannte zweispindelige Schraubenspindelpumpenausführungen sind für die Verwendung als Kleinpumpe nicht geeignet, weil hier die Schraubenspindeln mit jeweils endseitigen Lagerbüchsen gelagert sind. Die hierfür erforderliche Präzision und der Bau­ aufwand macht Kleinpumpen, die mit anderen billigen Pumpenarten konkurrieren müssen, zum einen zu teuer, zum anderen ist ihr volumetrischer Wirkungsgrad zu schlecht. Der schlechte volume­ trische Wirkungsgrad resultiert aus einem erforderlichen großen Spiel zwischen den Spindeln und dem Gehäuse, um auch bei höhe­ ren Förderdrücken, bei denen sich die Spindeln durchbiegen, ein Anlaufen und Anfressen der Spindeln am Gehäuse zu vermeiden. Also known two-spindle screw pump designs are not suitable for use as a small pump because here the screw spindles with bearing bushes at each end are stored. The precision and construction required for this effort makes small pumps that with other cheap pump types have to compete, on the one hand, too expensive, on the other hand, it is volumetric efficiency too bad. The bad volume trical efficiency results from a required large Play between the spindles and the housing, even at height pressures at which the spindles bend Avoid tarnishing and seizing of the spindles on the housing.  

Kleinpumpen der eingangs erwähnten Art in zweispindeliger Ausführung sind deshalb auch nicht auf dem Markt zu finden.Small pumps of the type mentioned in two-spindle Execution is therefore not to be found on the market.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine voll einsatzfähige Kleinschraubenspindelpumpe der eingangs erwähnten Art auszubilden.The present invention is therefore based on the object a fully usable small screw pump at the beginning to train the kind mentioned.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die Kombination folgender teilweise an sich bekannter Merkmale vor:The invention provides the combination to achieve this object the following, in part known features:

• a) Die Pumpe ist zweispindelig mit einer eingängigen Antriebs­ spindel und einer eingängigen Laufspindel ausgeführt,a) The pump is double-spindle with a single-start drive spindle and a single-thread spindle,
• b) die Antriebsspindel und die Laufspindel sind mit dem Außen­ durchmesser radial gelagert in der Bohrung des umschließen­ den Gehäuses,b) the drive spindle and the spindle are with the outside diameter radially supported in the bore of the enclose the housing,
• c) die Antriebsspindel und die Laufspindel bestehen aus gehär­ tetem Stahl und weisen geschliffene Oberflächen am Umfang und an den Gewindeflanken auf,c) the drive spindle and the spindle are made of hardened tetem steel and have polished surfaces on the circumference and on the thread flanks,
• d) die Gangtiefe des Fördergewindes weist ca. den 0,10 bis 0,14fachen Betrag des Außendurchmessers der Spindel auf.d) the thread depth of the conveyor thread is approx. 0.10 to 0.14 times the outer diameter of the spindle.

Diese Kombination von Merkmalen ermöglicht es, auch Klein­ schraubenspindelpumpen vernünftig zu betreiben. Durch die an sich bekannte zweispindelige Ausführung mit eingängigen Spin­ deln wird die Anzahl der Dichtstellen an den Gewindeflanken auf ein Minimum reduziert. This combination of features enables even small ones to operate screw pumps reasonably. By the at well-known two-spindle version with catchy spin the number of sealing points on the thread flanks will increase reduced to a minimum.  

Da die Güte der Schraubenspindelpumpe in der Hauptsache von der Genauigkeit und Anzahl der Dichtstellen an den Gewindeflanken abhängt, wird allein durch die Reduzierung der Dichtstellen die erreichbare Güte ganz wesentlich erhöht. Weiter wird dadurch, daß die Antriebsspindel und die Laufspindel mit dem Außendurch­ messer radial in der Bohrung des umschließenden Gehäuses gela­ gert ist, ein geringeres Laufspiel zwischen den Spindeln und dem umschließenden Gehäuse erforderlich. Hierdurch erhöht sich die innere Dichtigkeit der Pumpe. Die Dichtigkeit und die Lauf­ genauigkeit wird noch dadurch optimiert, daß die Spindeln aus gehärtetem Stahl bestehen und geschliffene Oberflächen am Um­ fang und an den Gewindeflanken aufweisen. Dadurch daß weiter die Gangtiefe des Fördergewindes ca. den 0,1 bis 0,14fachen Be­ trag des Außendurchmessers der Spindeln aufweist, ergeben sich Spindeln mit relativ starkem Kern, die sich infolge minimaler Durchbiegung äußerst präzise herstellen lassen, außerdem resul­ tieren aus dem starken Kern verhältnismäßig große Spindeldurch­ messer, die, insbesondere bei Fördermedien geringer Viskosität, am Spindelumfang die Ausbildung eines hydrodynamischen Schmier­ filmes zwischen den Spindeln und dem umschließenden Gehäuse fördern.Since the quality of the screw pump mainly depends on the Accuracy and number of sealing points on the thread flanks depends on the reduction of the sealing points achievable quality increased significantly. Further, that the drive spindle and the spindle with the outside through knife radially in the bore of the enclosing housing gela is less running play between the spindles and the enclosing housing required. This increases the internal tightness of the pump. The tightness and the barrel accuracy is further optimized by the fact that the spindles Hardened steel and ground surfaces around catch and have on the thread flanks. By continuing the thread depth of the conveyor thread approx. 0.1 to 0.14 times Be bearing of the outer diameter of the spindles result Spindles with a relatively strong core, which result from minimal Allow deflection to be produced with extreme precision, as well as resul animals from the strong core relatively large spindle through knives that, especially with low viscosity fluids, the formation of a hydrodynamic lubricant on the circumference of the spindle filmes between the spindles and the enclosing housing promote.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. So wird es bei der Ausgestaltung nach Anspruch 2 nicht erforderlich sein, bei der Laufspindel eine besondere axiale Lagerung vorzusehen, weil die darauf einwir­ kenden Axialkräfte weitgehend aufgehoben sind.Further advantageous embodiments of the invention result from the subclaims. So it becomes with the design Claim 2 may not be required in the case of a spindle to provide special axial support because it acts on it axial forces are largely eliminated.

Eine sorgfältigere axiale Lagerung wird nur bei der Antriebs­ spindel erforderlich sein, jedoch ist hier das Problem gerin­ ger, weil an der druckseitigen Wellendurchführung durch den Gehäusedeckel auf einfache Weise ein bei diesen Pumpen üblicher Entlastungkolben für den hydraulischen Axialschub vorgesehen werden kann.A more careful axial bearing is only required for the drive spindle may be necessary, but here the problem is minor ger, because on the pressure-side shaft bushing through the Housing cover in a simple way a common in these pumps Relief piston provided for the hydraulic axial thrust can be.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Schraubenspindelpum­ pe dargestellt.In the drawing is a screw pump according to the invention pe shown.

Fig. 1 zeigt dabei einen Längsschnitt durch die Schrauben­ spindelpumpe Fig. 1 shows a longitudinal section through the screw spindle pump

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Schraubenspindelpumpe entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinie. FIG. 2 shows a cross section through the screw pump along the section line drawn in FIG. 1.

Die Schraubenspindelpumpe besteht aus der Antriebsspindel 1, der Laufspindel 2, dem die Schraubenspindeln umschließenden Ge­ häuse 3, dem druckseitigen Abschlußdeckel 4, der endseitigen Anlaufsscheibe 5 sowie den Befestigungsschrauben 6 für die saugseitige Anlaufscheibe und den Befestigungsschrauben 7 für den druckseitigen Abschlußdeckel 4. Bei Drehung der Antriebs­ spindel 1 in Pfeilrichtung 8 wird durch die Schraubenspindeln von dem Saugraum 9 in den Druckraum 10 gefördert. Die Antriebs­ spindel 1 und die Laufspindel 2 besitzen jeweils nur einen Ge­ windegang. Radial gelagert sind die Antriebsspindel und die Laufspindel in dem Gehäuse 3 dadurch, daß die Kämme der Ge­ windegänge 11 und 12 mit engem Spiel in den Bohrungen 13 und 14 des Gehäuses umlaufen.The screw pump consists of the drive spindle 1, the running spindle 2, the housing, the screw spindles enclosing Ge 3, the pressure-side cover plate 4, the end thrust washer 5 and the fixing screws 6 of the suction-side thrust washer and the fastening screws 7 for the pressure-side cover plate. 4 When the drive spindle 1 rotates in the direction of arrow 8 , it is conveyed by the screw spindles from the suction chamber 9 into the pressure chamber 10 . The drive spindle 1 and the spindle 2 each have only one thread. Radially mounted are the drive spindle and the spindle in the housing 3 in that the ridges of the Ge threads 11 and 12 circulate with tight play in the holes 13 and 14 of the housing.

Die Antriebsspindel und die Laufspindel sind aus gehärtetem Stahl hergestellt und besitzen eine geschliffene Oberfläche. Die Gangtiefe t des Fördergewindes beträgt ca. den 0,10 bis 0,14fachen Betrag des Außendurchmessers D _a der Spindeln.The drive spindle and the spindle are made of hardened steel and have a polished surface. The thread depth t of the conveying thread is approx. 0.10 to 0.14 times the outer diameter D _{a of} the spindles.

Beim Betrieb der Pumpe wirkt auf die Spindeln ein hydraulischer Axialschub, der sich aus der unterschiedlichen stirnseitigen Druckbelastung zwischen dem Saugraum 9 und dem Druckraum 10 ergibt. When the pump is operating, a hydraulic axial thrust acts on the spindles, which results from the different end-face pressure loads between the suction chamber 9 and the pressure chamber 10 .

Bei der Antriebsspindel 1 ist der Wellenzapfen 15 zwecks dem Antrieb aus dem Druckraum 10 herausgeführt und im Abschluß­ deckel 4 durch Spaltdichtung abgedichtet. Die vom Druck beauf­ schlagte Stirnfläche der Antriebsspindel ist dadurch geringer als bei der Laufspindel, bei der der volle Stirnquerschnitt im Druckraum liegt. Bei der Antriebsspindel ist somit der hydrau­ lische Axialschub verringert. Dieser kann durch einfaches An­ laufen des saugseitigen Wellenendes 16 an der Abschlußplatte 5 aufgenommen werden. Da beim Drehen der Antriebsspindel in Pfeilrichtung auf die Laufspindel das Drehmoment über die schrägen Gewindeflanken 17 und 18 übertragen werden muß, ent­ steht ein Verzahnungsschub, dessen durch den Pfeil 19 darge­ stellte axiale Kraftkomponente bei der Laufspindel entgegen dem durch Pfeilrichtung 20 dargestellten hydraulischen Axialschub wirkt. Die durch den Pfeil 19 dargestellte axiale Komponente des Verzahnungsschubes wird durch den Steigungswinkel des Fördergewindes bestimmt und läßt sich durch entsprechende Wahl des Steigungswinkels auf den im wesentlichen durch den Förder­ druck und den Spindeldurchmesser bestimmten hydraulischen Axialschub abstimmen. Somit ist ein Kräfteausgleich an der Laufspindel für einen bestimmten Betriebspunkt möglich. Durch axiales Anlaufen der Stirnflächen 21, 22 der Laufspindel an dem Deckel oder Abschlußplatte sind daher nur Restaxialschübe, die sich bei Abweichungen vom Betriebspunkt ergeben, abzufangen.In the drive spindle 1 of the shaft journal 15 is led out for the purpose of the drive from the pressure chamber 10 and in the cover plate 4 sealed by sealing gap. The pressure on the end face of the drive spindle is therefore less than that of the running spindle, in which the full end cross section lies in the pressure chamber. With the drive spindle, the hydraulic axial thrust is thus reduced. This can be added to the end plate 5 by simply running the suction-side shaft end 16 . Since when turning the drive spindle in the direction of the arrow on the spindle, the torque must be transmitted via the oblique thread flanks 17 and 18 , there is a toothing thrust, the axial force component of which is represented by the arrow 19 Darge acts against the hydraulic axial thrust represented by the arrow 20 in the spindle. The axial component of the gear thrust represented by arrow 19 is determined by the pitch angle of the feed thread and can be adjusted by appropriate choice of the pitch angle to the hydraulic thrust determined by the feed pressure and the spindle diameter. This enables a balancing of forces on the spindle for a certain operating point. By axially running up the end faces 21 , 22 of the spindle on the cover or end plate, only restaxial thrusts which result from deviations from the operating point can be intercepted.

Claims (3)

1. Schraubenspindelpumpe, insbesondere Kleinschraubenspindel­ pumpe mit einem theoretischen Förderstrom unter 2,5 l/min bei einer Drehzahl von 1450 min^-l, gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale:

• a) die Pumpe ist zweispindelig, mit einer eingängigen Antriebsspindel (1) und einer eingängigen Laufspindel (2) ausgeführt,
• b) die Antriebsspindel (1) und Laufspindel (2) sind mit dem Außendurchmesser radial gelagert in der Bohrung (13, 14) des umschließenden Gehäuses (3),
• c) die Antriebsspindel (1) und die Laufspindel (2) bestehen aus gehärtetem Stahl und weisen geschliffene Oberflächen am Umfang und an den Gewindeflanken auf,
• d) die Gangtiefe t des Fördergewindes weist ca. den 0,10 bis 0,14fachen Betrag des Außendurchmessers D _a der Spindel auf.

1. Screw pump, in particular small screw pump with a theoretical flow rate below 2.5 l / min at a speed of 1450 min ^-l , characterized by the combination of the following known features:

• a) the pump is double-spindle, with a single-thread drive spindle ( 1 ) and a single-thread running spindle ( 2 ),
• b) the drive spindle ( 1 ) and the spindle ( 2 ) are radially supported with the outside diameter in the bore ( 13 , 14 ) of the enclosing housing ( 3 ),
• c) the drive spindle ( 1 ) and the running spindle ( 2 ) are made of hardened steel and have ground surfaces on the circumference and on the thread flanks,
• d) the thread depth t of the conveying thread is approximately 0.10 to 0.14 times the outer diameter D _{a of} the spindle.

2. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steigungswinkel α des Fördergewindes so gewählt ist, daß der aus der Schrägverzahnung des Förder­ gewindes resultierende Verzahnungschub an der Laufspindel (2) den entgegenwirkenden, aus dem Förderdruck und der Stirnfläche resultierenden hydraulischen Axialschub ganz oder teilweise aufhebt.2. Screw pump according to claim 1, characterized in that the pitch angle α of the conveying thread is selected so that the toothing thrust resulting from the helical toothing of the conveying thread on the spindle ( 2 ) has the counteracting hydraulic pressure which results from the conveying pressure and the end face or partially cancels. 3. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1 oder 2 dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Außendurchmesser D _a der Antriebs­ spindel (1) und der Laufspindel (2) kleiner als 15 mm ist.3. Screw pump according to claim 1 or 2, characterized in that the outer diameter D _{a of} the drive spindle ( 1 ) and the spindle ( 2 ) is less than 15 mm.