EP0603718A1 - Schraubenspindelpumpe mit einem Gehäusekörper - Google Patents

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EP0603718A1
EP0603718A1 EP93120178A EP93120178A EP0603718A1 EP 0603718 A1 EP0603718 A1 EP 0603718A1 EP 93120178 A EP93120178 A EP 93120178A EP 93120178 A EP93120178 A EP 93120178A EP 0603718 A1 EP0603718 A1 EP 0603718A1
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screw pump
bore
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tracks
housing body
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Wolfgang Dipl.-Ing. Leiber
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Allweiler GmbH
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Allweiler AG
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/12—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C2/14—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C2/16—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • F04C2/165—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type having more than two rotary pistons with parallel axes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F04C2/107—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth
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    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/086—Carter

Definitions

  • the invention relates to a screw pump with a housing body which has bores for a drive spindle and at least one running or sealing spindle - as a contact partner of the bore walls - running in and / or parallel to the longitudinal axis, the bores being cross-sectional to one another to form at least one ridge line Penetrate the intersection of two hole wall surfaces.
  • the surface hardness of the components is determined as a function of the wear resistance
  • the thermal conversion by means of a quenching structure - carried out on the component as a whole - or the thermal incorporation of foreign atoms into the basic matrix with the resistance effect due to lattice strain is known for metallic materials.
  • the application of coatings from metallic and non-metallic complexes For the highest demands, component production can then take place entirely from these complexes (ceramics).
  • the production costs are a multiple of the costs for the aforementioned production method.
  • neodymium solid-state lasers or carbon dioxide lasers for welding plastics and metals, but also for hardening metal surfaces by heating. Since the contactlessly transferable energy can be metered exactly and can also be precisely directed when the steel is focused, this method enables components of small dimensions to be machined with high precision.
  • the present invention shows a possibility of avoiding the above-mentioned disadvantages of the thermal conversion for an economical production of pump parts by means of conventional metallic materials; According to the invention, hardened traces are introduced into the material structure of the surface of the borehole Laser beams (light amplification by stimulated emission of radiation) have been produced.
  • the radian of the surface area of the bore containing the traces should advantageously correspond to an angle of approximately 90 ° through the center of the bore.
  • barrel housings of three-spindle internally mounted screw pumps manufactured in a conventional process are refined by means of special devices by means of laser-marked hardening marks in the bore holes.
  • the machining parameters are selected so that a maximum surface hardness - based on the options of the selected barrel housing material - is achieved. Because of the small amount of heat concentrated in the focal spot in the otherwise "cold" component, the quenching parameters that can be achieved by the laser process are many times higher than in the thermal treatment of the entire component. This also precludes its thermal deformation, so that subsequent finishing can be dispensed with.
  • Carbon-containing cast iron alloys and carbide-containing low and / or high-alloy steels are particularly suitable as materials for one- or two-part housing bodies or barrel housings designed according to the invention.
  • a housing body or barrel housing 10 made of a carbon-containing cast iron alloy has a central bore 12 of diameter d for a work spindle (not shown) and two bores 14 of smaller diameter e flanking these flanking and laterally penetrating parallel to the housing or bore longitudinal axis A for barrel spindles.
  • Fig. 2 illustrates that the intersecting contour contours K1, K2 of the bore cross sections produce four axis-parallel ridge lines 16, each of which is a cutting line of two adjacent bore surfaces 18 and 20 of the central bore 12 and the lateral bore 14.
  • the section of the surface 20 of each of the lateral bores 14 for the running spindle lying in the printing direction x is thermally hardened in strips a of width 3 according to FIG. 3 at intervals b parallel to the longitudinal axis A of the bore; the cross sections of these tracks 22 are arranged in the range of a radian measure n, which one through the The center of the hole M corresponds to the angle w of approximately 90 °.
  • the tracks 22 are hardened by means of a laser beam, with which particularly fine conversion tracks can be produced.

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Abstract

Bei einer Schraubenspindelpumpe mit einem Gehäusekörper (10), in dem in und/oder parallel zur Gehäuselängsachse (A) Bohrungen (14) für eine Antriebsspindel und wenigstens eine Lauf- oder Dichtspindel verlaufen, wobei die Bohrungen (14) einander querschnittlich unter Bildung wenigstens einer Kammlinie (16) -- als Schnittlinie zweier Bohrungsoberflächen (18, 20) -- durchdringen, sind in das Werkstoffgefüge der Oberfläche (20) der Bohrung (14) durch Laserstrahl gehärtete Spuren (22) eingebracht. Bevorzugt ist die Oberfläche (20) der Bohrung (14) in einem streifenartigen Muster durch den Laserstrahl gehärtet, wobei mehrere Spuren (22) in Abstand (b) zueinander parallel verlaufen. Die Breite (a) der Spuren (22) kann bevorzugt größer als ihr Abstand (b) voneinander sein.
Figure imgaf001

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schraubenspindelpumpe mit einem Gehäusekörper, der in und/oder parallel zur Längsachse verlaufende Bohrungen für eine Antriebsspindel und wenigstens eine Lauf- oder Dichtspindel -- als Berührungspartner der Bohrungswandungen -- aufweist, wobei die Bohrungen einander querschnittlich unter Bildung wenigstens einer Kammlinie als Schnittlinie zweier Bohrungswandflächen durchdringen.
  • Bei üblichen dreispindeligen, innengelagerten Schraubenspindelpumpen ist die Aufrechterhaltung eines tragenden Schmierfilmes zwischen belastungsorientierter Anlage der Nebenspindel und der Laufgehäusebohrung notwendig, um Mischreibungszustände zwischen der durch den Laufspindel-Außendurchmesser bestimmten Oberfläche einerseits und der vom Laufspindel-Bohrungsdurchmesser bestimmten Oberfläche anderseits zu vermeiden.
  • In Einsatzfällen, in denen wegen zu hoher Belastung, zu niedriger Viskosität des Fördermediums oder wegen ungenügend feiner Rauhtiefe der möglichen Berührungsflächen Mischreibung auftritt, ist die Lebensdauer der Pumpenbauteile nur vom Verschleißwiderstand beider Berührungspartner abhängig.
  • Legt man in erster Näherung die Oberflächenhärte der Bauteile als Abhängige des Verschleißwiderstandes fest, so ist bei metallischen Werkstoffen die thermische Umwandlung mittels Abschreckgefüge -- durchgeführt am Bauteil insgesamt -- oder der thermische Einbau von Fremdatomen in die Grundmatrix mit dem Widerstandseffekt aufgrund von Gitterverspannungen bekannt, ebenfalls das Aufbringen von Beschichtungen aus metallischen und nichtmetallischen Komplexen. Für höchste Beanspruchungen kann dann die Bauteilherstellung vollständig aus diesen Komplexen erfolgen (Keramik). Hierbei betragen jedoch die Gestehungskosten ein Vielfaches der Kosten für die zuvor genannte Herstellungsart.
  • Die wirtschaftliche Erzeugung der Bauteile mittels thermischer Umwandlung ist in den Anwendungsmöglichkeiten begrenzt. Das beruht auf der erzielbaren Härte wegen des darstellbaren thermischen Umwandlungsgefüges bei begrenzten Abkühlbedingungen. Auch bei dem thermischen Einbau von Fremdatomen in die Grundmatrix ist eine Härtesteigerung wegen der gültigen Diffusionsgesetze nicht unbegrenzt steigerungsfähig.
  • Zudem ist es bekannt, beispielsweise Neodym-Festkörper-Laser oder Kohlendioxid-Laser zum Schweißen von Kunststoffen und Metallen einzusetzen, aber auch zum Härten von Metalloberflächen durch Erhitzen. Da die berührungslos übertragbare Energie exakt dosiert zu werden vermag und bei Fokussierung des Stahles auch genau gerichtet werden kann, sind mit diesem Verfahren Bauteile geringer Abmessung mit hoher Präzision bearbeitbar.
  • In Kenntnis dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, die erkannten Mängel zu beheben und Schraubenspindelpumpen der eingangs genannten Art zu schaffen, die sowohl hohe Standzeiten erlauben als auch kostengünstig zu erzeugen sind.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre nach dem unabhängigen Patentanspruch. Weitere Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die vorliegende Erfindung zeigt eine Möglichkeit, die obengenannten Nachteile der thermischen Umwandlung für eine wirtschaftliche Herstellung von Pumpenteilen mittels herkömmlicher metallischer Werkstoffe zu vermeiden; erfindungsgemäß sind in das Werkstoffgefüge der Oberfläche der Bohrung gehärtete Spuren eingebracht, die durch Laserstrahlen (light amplification by stimulated emission of radiation) hergestellt worden sind.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung verlaufen mehrere Spuren in Abstand zueinander parallel, wobei die Breite der Spuren bevorzugt größer ist als ihr Abstand voneinander.
  • Auch hat es sich als günstig erwiesen, die gehärteten Spuren nahe der Kammlinie in der Bohrung für die Dichtspindel parallel zu dieser vorzusehen, insbesondere an der gegen die Laufrichtung der Dichtspindel gerichteten Kammlinie.
  • Das Bogenmaß des die Spuren enthaltenden Oberflächenbereichs der Bohrung soll vorteilhafterweise einem Winkel von etwa 90° durch den Bohrungsmittelpunkt entsprechen.
  • Im Rahmen der Erfindung werden in einem üblichen Verfahren hergestellte Laufgehäuse von dreispindeligen, innengelagerten Schraubenspindelpumpen mittels besonderer Vorrichtungen durch in den Laufspindelbohrungen gezielt angebrachte Härtespuren mittels Laser veredelt. Die Bearbeitungsparameter werden so gewählt, daß eine maximale Oberflächenhärte -- basierend auf den Möglichkeiten des gewählten Laufgehäuse-Werkstoffes --erreicht wird. Die durch das Laserverfahren erzielbaren Abschreckparameter sind wegen der geringen im Brennfleck konzentrierten Wärmemenge im sonst "kalten" Bauteil um ein Vielfaches höher als bei der thermischen Behandlung des gesamten Bauteiles. Damit ist auch dessen thermische Deformation ausgeschlossen, so daß auf eine nachfolgende Fertigbearbeitung verzichtet werden kann.
  • Als Werkstoffe für erfindungsgemäß ausgebildete ein- oder zweiteilige Gehäusekörper oder Laufgehäuse eignen sich besonders kohlenstoffhaltige Eisenguß-Legierungen sowie karbidhaltige niedrig- und/oder hochlegierte Stähle.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
    • Fig. 1:
    eine Schrägsicht auf ein skizzenhaft wiedergegebenes Laufgehäuse einer Schraubenspindelpumpe;
    Fig. 2:
    die gegenüber Fig. 1 vergrößerte Stirnansicht;
    Fig. 3:
    einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 nach deren Pfeil III.
  • Ein Gehäusekörper oder Laufgehäuse 10 aus einer kohlenstoffhaltigen Eisengußlegierung weist eine zentrale Bohrung 12 des Durchmessers d für eine nicht dargestellte Arbeitsspindel auf sowie zwei diese flankierende sowie seitlich parallel zur Gehäuse- bzw. Bohrungslängsachse A durchdringende Bohrungen 14 geringeren Durchmessers e für Laufspindeln.
  • Fig. 2 verdeutlicht, daß die einander schneidenden Umrißkonturen K1, K2 der Bohrungsquerschnitte vier achsparallele Kammlinien 16 erzeugen, die jeweils eine Schnittlinie von zwei benachbarten Bohrungsoberflächen 18 und 20 der zentralen Bohrung 12 sowie der seitlichen Bohrung 14 sind.
  • Der jeweils in Druckrichtung x liegende Abschnitt der Oberfläche 20 jeder der seitlichen Bohrungen 14 für die Laufspindel ist in Streifen einer Breite a gemäß Fig. 3 in Abständen b parallel zur Bohrungslängsachse A verlaufend thermisch gehärtet; die Querschnitte dieser Spuren 22 sind im Bereich eines Bogenmaßes n angeordnet, das einem durch den Bohrungsmittelpunkt M gelegten Winkel w von etwa 90° entspricht. Das Härten der Spuren 22 geschieht mittels eines Laserstrahls, mit dem besonders feine Umwandlungsspuren erzeugt zu werden vermögen.

Claims (11)

  1. Schraubenspindelpumpe mit einem Gehäusekörper, der in und/oder parallel zur Gehäuselängsachse verlaufende Bohrungen für eine Antriebsspindel und wenigstens eine Lauf- oder Dichtspindel als Berührungspartner der Bohrungswandungen aufweist, wobei die Bohrungen einander querschnittlich unter Bildung wenigstens einer Kammlinie als Schnittlinie zweier Bohrungswandflächen durchdringen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in das Werkstoffgefüge der Oberfläche (18, 20) der Bohrung/en (12, 14) durch Laserstrahl gehärtete Spuren (22) eingebracht sind.
  2. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (18, 20) der Bohrung (12, 14) in einem streifenartigen Muster durch den Laserstrahl gehärtet ist.
  3. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spuren (22) in Abstand (b) zueinander parallel verlaufen.
  4. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (a) der Spuren (22) größer ist als ihr Abstand (b) voneinander.
  5. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärteten Spuren (22) nahe der Kammlinie (16) in der Bohrung (14) für die Dichtspindel parallel zu dieser verlaufen.
  6. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärteten Spuren (22) an der gegen die Laufrichtung der Dichtspindel gerichteten Kammlinie (16) vorgesehen sind.
  7. Schraubenspindelpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bogenmaß (n) des die Spuren (22) enthaltenden Oberflächenbereichs der Bohrung (14) einem Winkel (w) von etwa 90° durch den Bohrungsmittelpunkt (M) entspricht.
  8. Schraubenspindelpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusekörper (10) aus einer kohlenstoffhaltigen Eisengußlegierung gegossen ist.
  9. Schraubenspindelpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusekörper (10) aus einem karbidhaltigen niedriglegierten Stahl hergestellt ist.
  10. Schraubenspindelpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusekörper (10) aus einem karbidhaltigen hochlegierten Stahl hergestellt ist.
  11. Schraubenspindelpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusekörper (10) mehrteilig angeführt ist, bevorzugt zweiteilig.
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