Schraubenspindelpumpe

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schraubenspindelpumpe mit einer Antriebsspindel und wenigstens einer Laufspindel, die in einer Ausnehmung eines sie umgebenden Gehäuses zwischen einem Saugraum und einem Druckraum gelagert sind.

[0002] Eine solche Schraubenspindelpumpe wird beispielhaft in der DE-A 38 15 158 beschrieben. Bei einem dort offenbarten Verfahren zur Verringerung der Druckpulsation wird die arttypische Druckpulsation mit einer erzwungenen inversen Druckpulsation überlagert, welche durch periodisches Absteuern eines Teiles des Förderstromes auf der Druckseite der Förderschrauben erzielbar ist. Dieses Verfahren wird durch eine druckseitige Blende ermöglicht, die mit einem Abfluß zur Saugseite hin ausgebildet ist, welche periodisch abhängig von der Drehstellung der Antriebsspindel mittels eines Verschlußorganes abgedeckt wird. In dieser Druckschrift wird auch erörtert, daß in die Aufnahmebohrungen am druckseitigen Ende des Gehäuses sich zum Saugraum hin verjüngende Keilschrägen eingearbeitet sind.

[0003] Der EP-A 209 984 kann eine eingangs erwähnte Schraubenspindelpumpe entnommen werden, deren Antriebsspindel mit ihrem auskragenden Gewinde in Gewindeeinformungen einiger Laufspindeln eingreift und dabei mehrere dichte Kammern bilden soll. Außerdem ist zumindest ein in Umfangsrichtung verlaufender Kanal um die Peripherie der Laufspindeln vorgesehen, so daß die letzte der dichten Kammern an einem Auslaß mit diesem -- kurz vor dessen Freigabe durch die Kammer -- teilweise über den Kanal kommuniziert.

[0004] In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Schraubenspindelpumpe der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Druckpulsation ohne zusätzliche Maschinenteile weitergehend wirksam gedämpft wird.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe führt eine Schraubenspindelpumpe nach der Lehre des Patentanspruches 1; erfindungsgemäß ist die Zahndicke der Antriebsspindel zum Profilauslauf hin verringert. Nach einem anderen Merkmal der Erfindung soll die mit der Zahndicke der Antriebsspindel korrespondierende Zahnlücke der Laufspindel in gleicher Richtung verbreitert sein.

[0006] Diese druckseitige Querschnittsänderung bewirkt, daß zum geeigneten Zeitpunkt ein allmähliches und definiertes Öffnen der druckseitigen Kammer erfolgt; damit kann der durch das Schließen der Saugseite entstehende Volumenstrom- bzw. Druckanstieg größtenteils ausgeglichen werden. Die Ausgangspulsation wird deutlich verringert.

[0007] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

Fig. 1:

einen Längsschnitt durch eine Schraubenspindelpumpe;

Fig. 2:

eine Schnittskizze zur Zahndickendimensionierung;

Fig. 3:

ein Diagramm zur Druckpulsation bzw. Volumenstrompulsation der Schraubenspindelpumpe.

[0008] Eine Schraubenspindelpumpe 10 weist in einem Gehäuse 12 eine Antriebsspindel 14 des Außendurchmessers d sowie zwei seitlich angeordnete Laufspindeln 16 auf. Die Spindeln 14, 16 sind in sich überschneidenden Aufnahmebohrungen 18 des Gehäuses 12 gelagert.

[0009] Das Gehäuse 12 ist sowohl druckseitig als auch saugseitig unter Bildung eines Druckraums 20 und eines Saugraums 22 jeweils mit einem Pumpendeckel 25 bzw. 24 verschlossen. Die durch den druckseitigen Pumpendeckel 25 geführte Antriebsspindel 14 ist im Bereich einer Durchführungsbohrung 26 mit einem Axialschubausgleichkolben 28 versehen sowie mit einem Lager 30 in einem Deckel aufsatz 32 zusätzlich abgestützt. In letzterem findet sich auch eine Wellenabdichtung 34.

[0010] Der Innenraum 36 des Deckel aufsatzes 32 ist vom Förderdruck entlastet; die vom Druckraum 20 eintretende Flüssigkeit wird über einen Entlastungskanal 38 abgeführt, der über eine Verbindungsbohrung 40 des Gehäuses 12 in den Saugraum 22 einmündet.

[0011] Bei einer in Fig. 2 angedeuteten Ausführung wird die Zahndicke a des Gewindeganges 15 der Antriebsspindel 14 an deren Profilauslauf vermindert. Auch kann die Zahnlücke der Laufspindel 16 verbreitert werden.

[0012] Die konstruktive Änderung der Zahndicke a bzw. der Zahnlücken zum Profilauslauf hin ist so vorzunehmen, daß die Voröffnung früh genug stattfinden kann; die Länge der Änderung x₁ gemäß Fig. 2 im Profil muß im Verhältnis zur Spindelsteigung deutlich sein. Zum anderen muß die Verminderung der Zahndicke bzw. die Verbreiterung der Zahnlücke einen geringen Gradienten Δy: x₁ aufweisen.

[0013] In Fig. 3 ist graphisch die Längsoptimierung durch eine erfindungsgemäße Vorkompression dargestellt, wobei die dort verwendeten Buchstaben die folgenden Bedeutungen haben:

A:

Ausgangspulsation;

B:

Pulsation bei Nutzung des Vorkompressionseffektes;

Qv:

Verlustvolumenstrom;

Q_kom:

Kompressionsvolumenstrom.

[0014] Die Längenabstimmung des gesamten Systems wird so gewählt, daß während eines Teils der Förderperiode ein in Fig. 3 wiedergegebenes Mehr an Dichtlinien erzeugt wird; dies bedeutet, einen Ansteig von Qvmax auf Qvmin. Durch gezieltes Verändern der Dichtgüte über die beschriebene Querschnittsänderung wird insbesondere auf der Druckseite das "harte" Öffnen aufgrund der Spindelgeometrie vermieden.

[0015] Ausgehend von der Ausgangspulsation wird somit durch das Anbringen der beschriebenen Querschnittsänderung am druckseitigen Spindelende das Pulsationsbild geändert, was zu einem Kleinerwerden von Qv und Q_kom führt. Die Verlängerung der Querschnittsänderung bewirkt, daß einerseits die Druckseite früher öffnet, anderseits die Querschnitte während des Öffnens kontinuierlich größer werden. So kann es ausreichen, die Druckseite mit der Querschnittsänderung zu versehen und das saugseitige Spindelende unverändert zu belassen.

[0016] Für die dargestellte dreispindelige Schraubenspindelpumpe 10 kann das Wirksystem folgendermaßen beschrieben werden:

[0017] Unter Zugrundelegung einer bestimmten Kammerzahl n, welche ein Maß für den pumpeninternen Druckaufbau ist, stellt das Verhältnis von Länge zu Steigung eine analoge Größe für die geometrische Realisierung dar; je größer dieses Verhältnis ist, umso kleiner wird der Druckanstieg je Längeneinheit.

[0018] Für die Anwendung des Vorkompressionsverfahrens sind bei der Längenabstimmung folgende Voraussetzungen zu erfüllen, worin q die Spindel- oder Profillänge ist:

wobei

x ein Vorfaktor mit 0,15 < x < 0,4 ist, und

n die Anzahl der im Mittel wirkenden Kammern beschreibt.

[0019] Der Vorfaktor x ist ein Maß für die Vorkompression, die im übrigen profilabhängig erst für Werte oberhalb von 0,1 - 0,15 auftritt.

[0020] Die zu Fig. 2 beschriebene Querschnittsänderung auf der Saugseite erlaubt ganz allgemein die Anpassung der Schließcharakteristik, wie es bei A' in Fig. 3 dargestellt ist. Diese Querschnittsänderung muß unter Zugrundelegung eines definierten Längenverhältnisses auf die druckseitige Querschnittsänderung genau abgestimmt sein. So ist zweckmäßigerweise die Länge der Querschnittsänderung kleiner zu wählen als die Länge der anderen Querschnittsänderung. Ferner ist bei unverändertem Maß des Spindelpakets 14,16 die Länge der druckseitigen Querschnittsänderung insgesamt kleiner zu gestalten.

[0021] Eine sorgfältige Abstimmung der Gesamtgeometrie führt zu einer wirksamen Pulsationsverringerung in einem weiten Druckbereich von 10 bis 80 bar sowie im und Viskositätsbereich von 20 bis 200 mm²/s.

[0022] In jedem Falle wird ohne zusätzliche Maschinenteile eine deutlich verringerte Pulsation erreicht.

Ansprüche

1. Schraubenspindelpumpe mit einer Antriebsspindel und wenigstens einer Laufspindel, die in einer Ausnehmung eines sie umgebenden Gehäuses zwischen einem Saugraum und einem Druckraum gelagert sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zahndicke (a) der Antriebsspindel (14) zu ihrem Profilauslauf hin vermindert ist.

2. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Zahndicke (a) der Antriebsspindel (14) korrespondierende Zahnlücke der Laufspindel (16) zu ihrem Profilauslauf hin verbreitert ist.

Claims

1. Screw spindle pump with a drive spindle and at least one running spindle, which are mounted in a recess of a housing surrounding them, between a suction chamber and a pressure chamber, characterised in that the tooth thickness (a) of the drive spindle (14) is reduced towards its profile end.

2. Screw spindle pump according to claim 1, characterised in that the tooth gap of the running spindle (16), which corresponds to the tooth thickness (a) of the drive spindle (14), widens towards its profile end.

Revendications

1. Pompe à rotors à vis comprenant au moins une broche motrice ou d'entraînement et au moins une broche tournant folle, lesquelles broches sont montées à rotation dans un boîtier les entourant entre une chambre d'aspiration et une chambre de refroidissement,
   caractérisée en ce que
   l'épaisseur de dent (a) de la broche motrice (14) se réduit vers la fin de filet de son profil.

2. Pompe à rotors à vis selon la revendication 1, caractérisée en ce que le creux d'entrcdent de la broche (16) tournant folle et correspondant à l'épaisseur de dent (a) de la broche motrice (14) augmente vers la fin de filet de son profil.

Zeichnung