DE3920901C2 - Schraubenspindelpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubenspindelpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei Schraubenspindelpumpen bekannter Bauart mit zwei oder mehr Spindeln wird das Fördergut in durch die Spindeln und das sie umgebende Pumpengehäuse gebildeten Kammern bei Rotation der Spindeln axial bewegt. Der dabei als Folge des Druckaufbaus in Gegenrichtung entstehende Axialschub wird in der Regel durch die Spindeln einerseits und mittels eines Widerlagers auf der Gehäuseseite anderseits aufgenommen. Diese Lagerung hat sich bei der Förderung schmierender Fluide im Bereich niederer Förderdrücke bewährt, wobei deren Schmierwirkung diese eben so einfache wie betriebssichere Axiallagerung ermöglicht.

Die Förderung nichtschmierender Fluide, im Bereich höherer Förderdrucke, beispielsweise Wasser, bringt für eine Schraubenspindelpumpe Erschwernisse mit sich, da die Bewegung der Spindeln miteinander und gegenüber dem Gehäuse in der Regel ein schmierwirksames Fördermittel bedingt; zwischen den genannten Pumpenteilen stehen nur geringe Spaltweiten zur Verfügung.

Es ist - etwa zur Wasserförderung - möglich, den Eingriff der Spindeln durch außerhalb des fluidberührten Pumpenraumes befindliche Einrichtungen zu steuern. Diese Steuereinrichtungen und die damit unvermeidbaren zusätzlichen Wellendichtungen verteuern den Bau und Betrieb einer solchen Maschine sehr, ganz abgesehen von dem aus dem Wirkungsprinzip herrührenden niedrigeren Wirkungsgrad im Bereich höherer Förderdrücke.

Es ist bekannt, daß die zur Förderung niedrigviskoser Fluide sonst bestens geeigneten Kreiselpumpen mit kleiner werdenden spezifischen Drehzahlen an Wirkungsgrad abnehmen sowie zum anderen, daß bei hohen Drücken und kleinem Förderstrom der Einsatz von Verdrängermaschinen angezeigt ist. Gerade im Leistungsbereich sehr kleiner spezifischer Drehzahlen wird die Leistung und die Förder-Charakteristik einer innengelagerten Schraubenspindelpumpe gewünscht.

Eine Schraubenspindelpumpe der eingangs genannten Art ist der DE-OS 28 48 348 zu entnehmen. Darin sind die dem Ausgleich dienenden Lagerkörper als Platten ausgebildet, die bei niedrigviskosen Medien mit begrenzter Schmierfähigkeit als eine Art selbstverstärkender Bremse arbeiten.

Die DE-PS 8 13 341 zeigt Schraubenspindeln mit endwärtigen Balancekolben, die lose aufgesetzte, an festen Anlageflächen anliegenden Futter tragen. Diese sind mit radialen Armen ausgestattet, die sich gegenseitig abstützen und die Futter an einer Rotation hindern.

Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, die Förderung nichtschmierender Fluide mit innengelagerten Schraubenspindelpumpen für den Bereich sehr kleiner spezifischer Drehzahlen trotz deren - infolge funktionsbedingter insgesamt großer Gleitflächen bestehenden - kritischen Zonen zu verbessern; zu diesen Zonen gehört vornehmlich die Lagerung zur Aufnahme der axialen Schubkräfte der Spindeln.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre nach dem unabhängigen Patentanspruch 1. Die Unteransprüche geben besonders günstige Weiterbildungen an.

Erfindungsgemäß ist die Lagerausnehmung für den Lagerzapfen in einer radial beweglichen Lagerbüchse als Lagerkörper vorgesehen und die Lagerbüchse mit wenigstens einem sie umfangenden elastischen Ringelement kraftschlüssig drehgehemmt gelagert; wobei der Stirnspalt an einem Boden der Lagerbüchse gebildet wird. Zum einen soll sich die Lagerbüchse radial frei bewegen, d. h. an die radiale Bewegung der Spindel laufend anpassen können. Zum anderen ist durch die kraftschlüssige Drehhemmung sichergestellt, daß sich die Lagerbüchse nicht mitdreht, da ansonsten die notwendige Abdichtung zwischen Lagerkörper und der druckführenden Verbindung oder Leitung nicht gegeben wäre.

Durch eine rotationssymmetrische Ausführung der Lagerbüchsen und der ebenfalls rotationssymmetrischen Anordnung der Dichtung am Außendurchmesser wird eine Blockierung der Spindeln hintangehalten.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die freie Stirnseite der - bevorzugt in einer Ausnehmung des Pumpendeckels ruhenden - Lagerbüchse mit dem diese umgebenden Innenraum der Schraubenspindel verbunden.

Auch hat es sich als förderlch erwiesen, daß die freie Stirnseite der Lagerbüchse mit dem Boden der Ausnehmung des Pumpendeckels einen mit dem Innenraum der Schraubenspindelpumpe verbundenen dichten Spaltraum begrenzt, der bevorzugt über eine radiale Leitung an eine Verlängerung des Innenraums angeschlossen ist.

Im Rahmen der Erfindung liegt eine Schale, die den Lagerzapfen umfängt sowie mit einem Abschnitt jenen Stirnspalt begrenzt.

Den Profilauslauf der Dichtspindel umgibt erfindungsgemäß eine Ausgleichsbüchse, die mit ihrem druckseitigen Ende an einer Schulter der Spindel anschlägt. Diese Ausgleichsbüchse bildet mit ihrem saugseitigen Ende eine Steuerkante, die bevorzugt der Lagerbüchse oder aber jener in der Lagerbuchse sitzenden - vorteilhafterweise aus verschleißarmem Werkstoff geformten Schale gegenübersteht. Da diese Schale länger ist als das von der Ausgleichsbüchse freie Ende des Lagerzapfens, kann so die Weite des zwischen der Stirnfläche des Lagerzapfens und dem Boden der Lagerausnehmung bestehenden, mit dem Druckraum verbundenen Stirnspalt bestimmt werden.

Nach einem anderen Merkmal geht von dem Boden der Lagerbüchse eine Bohrung aus, die an eine jenen Spaltraum durchsetzende Hülse als Teil einer Leitung anschließt, welche die Verbindung zwischen Stirnspalt und Druckraum bildet.

Dank der beschriebenen Maßnahmen ist die Druckzuführung in den Lagerbüchsen abgedichtet, die Lagerbüchsen selbst aber bleiben radial beweglich. Es ist möglich, die üblicherweise für schmierende Fluide konzipierte Schraubenspindelpumpe an einer funktionsentscheidenden Stelle - insbesondere den hydrostatischen Axialschubausgleich beispielsweise auch bei Wasserförderung - sicher zu beherrschen.

Hierzu dient die beschriebene spezifische Anordnung der zylindrischen Lagerkörper oder Lagerbüchsen, in welche die Spindeln bis zu einem radialen Anschlag eintauchen. Die Lagerbüchsen besitzen eine axiale Öffnung, die den Lagerraum - in welchen der Spindelzapfen eingetaucht ist - mit dem Druckraum der Pumpe verbindet. Der Anschluß der druckführenden Verbindung der Lagerhülse ist so gestaltet, daß der Fluiddruck ausschließlich auf dem Querschnitt des Spindelzapfens wirksam wird. So kann sich durch eine minimale Axialbewegung über die Spaltweite zwischen Spindel und axialem Bund ein Gleichgewicht zwischen Axialschub und hydraulischer Entlastung einpendeln. Die Einleitung des Pumpendruckes zum Ausgleich des Axialschubes ist so konzipiert, daß sich der Druck auf ausschließlich den oben beschriebenen Zweck konzentrieren läßt.

Von Bedeutung für die Temperaturverhältnisse in der erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe ist, daß die als Leitung oder Querleitung ausgebildete Verbindung des Stirnspaltes an einen Ringraum zwischen Pumpengehäuse und einem zu dessen Innenfläche in Abstand angeordneten rohrartigen Gehäuseeinsatz angeschlossen ist; dieser Ringraum ist saugseitig gegen den Innenraum abgedichtet sowie druckseitig mit radialen Durchbrüchen versehen.

Als günstig hat es sich erwiesen, am saugseitigen Ende des Ringraumes wenigstens ein Auslauf anzuordnen sowie einen saugseitigen Zulauf außerhalb des Gehäuseeinsatzes im radialen Bereich der Spindellagerung vorzusehen; das Fluid wird i. w. über die gesamte wirksame Spindellänge geführt und so ein Temperaturausgleich am Spindelpaket geschaffen, also ein Temperaturunterschied unterbunden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine erfin­ dungsgemäße Schraubenspindelpumpe;

Fig. 2 einen zu Fig. 1 rechtwinklig geleg­ ten Längsschnitt.

Eine Schraubenspindelpumpe 10 weist im Innenraum 12 eines auf einen Pumpenfuß 11 geschraubten Pumpengehäuses 14 eine - von zwei Dicht- oder Laufspindeln 16 flankierte - Antriebsspindel 18 auf. Die Dicht- oder Laufspindeln 16 sind saugseitig in einem Pumpendeckel 20 gelagert, die Antriebsspindel 18 ist antriebsseitig an einen koaxialen Antriebswellenzapfen 22 angeschlossen.

Der Antriebswellenzapfen 22 durchsetzt in einem Lagerdeckel 24 - zwischen einem Labyrinthring 25 und einer Stützscheibe 26 mit nachgeordneter Schmierkammer 27 - angeordnete Wälzlager 28. Jener Lagerdeckel 24 ist mittels Zyinder­ schrauben 29 sowie unter Zwischenschaltung einer Gleitringdichtung 30, 34 an einen antriebsseitigen Pumpen­ deckel 31 angeschlossen, wobei die Gleitringdichtung 30, 34 in einem Dichtungsraum 32 liegt. Daneben ist ein von verschleißarmen Schalen 35 umgebener sowie mit Drollenuten versehener Ausgleichskolben 36 an einem Flansch 38 zu erkennen. Dieser ruht teilweise im Pumpendeckel 31 sowie teilweise im Pumpengehäuse 14, dessen Länge a etwa 270 mm beträgt.

Auf die saugseitigen Lagerzapfen 17 der beiden Laufspindeln 16 ist jeweils eine Ausgleichsbuchse 40 der Länge n aufgeschrumpft, die an einen schulterartigen Absatz 42 der Laufspindel 16 anschlägt. Diese Ausgleichsbuchse 40 steht mit ihrem saugseitigen Ende einer Lagerausnehmung 44 eines Lagerkörpers bzw. einer Lagerbüchse 46 gegenüber und bildet dort eine Steuerkante zur Regelung des hydrostatischen Druckes. Der Steuerkante liegt hier der Rand einer in der Lagerausnehmung 44 sitzenden Schale 41 aus besonders verschleißarmem Werkstoff gegenüber.

Die Länge t der Schale 41 ist größer als die freie Länge des Lagerzapfens 17 und bestimmt so die Weite eines zwischen der saugseitigen Stirnfläche 17 _s des Lagerzapfens 17 und dem Boden 45 der Lagerausnehmung 44 verbleibenden Stirnspalt 48. In diesen mündet eine axiale Zulaufbohrung 50 der Lagerbüchse 46; diese Zulaufbohrung 50 ist mittels einer - eine Axialbohrung 52 aufweisenden - Hülse 53 an einen Kanal 54 des saugseitigen Pumpendeckels 20 angeschlossen; die Kanäle 54 der Spindellager werden durch eine im Pumpendeckel 20 radial vorgesehene Sackbohrung 56 miteinander verbunden.

Insbesondere Fig. 1 läßt erkennen, daß jene Hülse 53 einen Spaltraum 58 überbrückt, der zwischen der saugseitigen Stirn der Lagerbüchse 46 einerseits sowie dem Boden 60 einer diese aufnehmenden Sackausnehmung 58 _a des Pumpendeckels 20 entsteht. Dieser Spaltraum 58 ist über Radialbohrungen 59 an eine zylindrische Fortsetzung 13 des Innenraumes 12 des Pumpengehäuses 14 angeschlossen.

Nahe dem Spaltraum 58 ist im Umfang der Lagerbüchse 46 ein O-Ring 62 als Dichtmittel zu erkennen - auch andere jeweils in Ringnuten vorgesehene O-Ringe sind mit 62 bezeichnet.

Das Pumpengehäuse 14 ist so ausgestaltet, daß ein die Spindeln 16, 18 umgebender rohrartiger Gehäuseeinsatz 64 der Länge b von beispielsweise 190 mm beidends auf Gehäuserippen 66, 66 _s so aufliegt, daß zwischen Gehäuseeinsatz 64 und Pumpengehäuse 14 ein Ringraum 15 entsteht, der an der saugseitigen Gehäuserippe 66 _s zum Innenraum 12 hin mittels eines O-Rings 62 abgedichtet ist und im Bereich der anderen Gehäuserippe 66 Durchlässe 68 aufweist. Im übrigen ist der Gehäuseeinsatz 64 mit seiner druckseitigen Kante 64 _d zwischen Gehäuserippe 66 und Flansch 38 klemmend gehalten.

Zwischen dem Gehäuseeinsatz 64 und den Spindeln 16, 18 sind Werkstoffeinsätze 70 aus verschleißfestem - bevorzugt keramischem - Material vorgesehen. Die Werkstoffeinsätze 70 sind an sich scheibenartig sowie mit aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigten Aufnahmebohrungen für die sie durchsetzenden Spindeln 16, 18 versehen. Im Pumpengehäuse 14 sind mehrere dieser Werkstoffeinsätze 70 koaxial angeordnet.

Die Werkstoffeinsätze 70 werden mittels einer bei 71 angedeuteten Kunststoffschicht festgelegt, die durch Bohrungen 72 zwischen Gehäuseeinsatz 64 und Werkstoffeinsatz 70 eingebracht wird.

Der beschriebene Ringraum 15 ist - wie Fig. 1 erkennen läßt - mittels einer achsparallelen Längsbohrung 74 im Pumpen­ gehäuse 14 an die Sackbohrung 56 des Pumpendeckels 20 angeschlossen.

Insbesondere Fig. 2 läßt den Saugraumzulauf 76 sowie - am Tiefsten des Ringraumes 15 - den Auslauf 78 erkennen; zwischen beiden liegt jener Gehäuseeinsatz 64, so daß das Strömungsmittel zwischen dem Saugraumzulauf 76 und dem Auslauf 78 gezwungen ist, durch den Durchlaß 68 des Gehäuseeinsatzes 64 in den Ringraum 15 und über nahezu die gesamte Länge b des Gehäuseeinsatzes 64 zum Auslauf 78 zu fließen.

Claims (14)

1. Innengelagerte Schraubenspindelpumpe mit in einem Pumpengehäuse angeordneter Antriebsspindel und wenigstens einer saugseitig mittels eines zapfenartigen Spindelendes in eine Lagerausnehmung eines Pumpenteils eingreifenden Dichtspindel, wobei sich das zapfenartige Spindelende als Lagerzapfen zur Aufnahme des Axialschubes der Dichtspindel in einer Lagerausnehmung eines Lagerkörpers befindet, der einen mit dem Druckraum der Schraubenspindelpumpe verbundenen Stirnspalt am Lagerzapfen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerausnehmung (44) für den Lagerzapfen (17) in einer radial beweglichen Lagerbüchse (46) als Lagerkörper vorgesehen und diese mit wenigstens einem sie umfangenden elastischen Ringelement (62) kraftschlüssig drehgehemmt gelagert ist, wobei der Stirnspalt (48) an einem Boden (45) der Lagerbüchse gebildet ist.

2. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbüchse (46) in einer Ausnehmung (58a) des Pumpendeckels (20) ruht.

3. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Stirnseite der Lagerbüchse (46) mit dem diese umgebenden Innenraum (12) der Schraubenspindelpumpe (10) verbunden ist.

4. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Stirnseite (17s) der Lagerbüchse (46) mit dem Boden (60) der Ausnehmung (58a) des Pumpendeckels (20) einen dichten Spaltraum (58) begrenzt, der mit dem Innenraum (12) der Schraubenspindelpumpe (10) verbunden ist.

5. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch wenigstens eine den Spaltraum (58) mit einer Verlängerung (13) des Innenraumes (12) verbindende Bohrung (59).

6. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stirnspalt (48) von einem Abschnitt einer den Lagerzapfen (17) umfangenden Schale (41) umgeben ist.

7. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Lagerzapfen (17) eine Ausgleichsbüchse (40) umgibt, die mit ihrem druckseitigen Ende an einer Schulter (42) der Spindel (16) anschlägt.

8. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsbüchse (40) saugseitig eine Steuerkante bildet.

9. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante der Ausgleichsbüchse (40) der in der Lagerbüchse (46) sitzenden Schale (41) bzw. der Lagerbüchse gegenübersteht.

10. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (41) aus verschleißarmem Werkstoff besteht.

11. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Boden (45) der Lagerbüchse (46) eine Bohrung (50) ausgeht, die an eine den Spaltraum (58) durchsetzende Hülse (53) als Teil einer Leitung (54) anschließt, welche die Verbindung zwischen Stirnspalt (48) und Druckraum bildet.

12. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die als Leitung (54) oder Querleitung (56) ausgebildete Verbindung an einen Ringraum (15) zwischen Pumpengehäuse (14) und einem zu dessen Innenfläche in Abstand angeordneten rohrartigen Gehäuseeinsatz (64) angeschlossen ist, wobei der Ringraum saugseitig gegen den Innenraum (12) abgedichtet sowie druckseitig mit radialen Durchbrüchen (68) versehen ist.

13. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß am saugseitigen Ende des Ringraumes (15) wenigstens ein Auslauf (78) vorgesehen ist.

14. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein saugseitiger Zulauf (76) außerhalb des Gehäuseeinsatzes (64) im radialen Bereich der Spindellagerung angeordnet ist.