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Die Erfindung betrifft eine Spindelpumpe mit wenigstens zwei, im Wesentlichen parallele nebeneinander angeordnete Drehachsen aufweisende, jeweils mindestens einen Gewindegang umfassende und in einem Pumpengehäuse angeordnete Pumpspindeln nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Vor allem im Rahmen der auch in der Lebensmittelindustrie fortschreitenden Automatisierung ganzer Prozesslinien, stellen sich an die eingesetzte Fördertechnik immer neue Anforderungen in Bezug auf kontinuierlichen Betriebsablauf. Das Pumpsystem muss hohen Anforderungen an eine schonende Förderung der Medien sowie an die Reinigung der Gesamtanlage genügen. Hierbei dürfen keine Qualitätsverluste durch das Pumpsystem erzeugt und gegebenenfalls vorhandene Toträume müssen von Resten befreit werden.
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Zudem muss die Gesamtanlage in besonderen Anwendungsfällen, beispielsweise mittels Heißdampf, aseptisch ausgebildet werden. Dies ist im Allgemeinen neben dem Anwendungsgebiet der Lebensmitteltechnik z. T. auch für andere Anwendungsfälle von Relevanz.
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Die Druckschriften
DE 34 95 23 oder
DE 31 40 042 zeigen Doppelwendelpumpen, wobei die beiden in einem Pumpengehäuse angeordneten Spindeln/Wendeln parallel nebeneinander und die Gewindegänge teilweise ineinander greifend angeordnet sind. Es hat sich jedoch gezeigt, dass beispielsweise bei einem Wechsel des zu pumpenden Produkts, z. B. nach dem Pumpen von Butter soll Margarine gepumpt werden, die Pumpe bzw. die Wendeln nur bedingt gereinigt werden können bzw. die nach dem Pumpvorgang im Gehäuse verbleibenden Produktreste nur sehr schwer entfernt werden können.
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Auch hat es sich gezeigt, dass bei Blockware wie z. B. Butter, Marzipan oder dergleichen zum Teil am Ende der Pumpspindeln unerwünschte Blasen bzw. Lufteinschlüsse vorhanden sind.
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Derartige Pumpen sollen nicht nur Lebensmittel, sondern ggf. auch andere, klebrige und/oder hochviskose Produkte befördern. Gerade bei derartigen klebrigen oder hochviskosen Produkten wie einige Lebensmittel oder Klebstoffe etc. sind gemäß dem Stand der Technik zum Teil konstruktiv sehr aufwendige Zufuhrförderer vorgesehen.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber, eine Spindelpumpe der einleitend genannten Art vorzuschlagen, die Nachteile des Stands der Technik wenigsten teilweise beseitigen.
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Diese Aufgabe wird durch Spindelpumpen mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und/oder 7 und/oder 10 gelöst. Durch die in den abhängigen Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
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Dementsprechend zeichnet sich z. B. eine erfindungsgemäße Spindelpumpe dadurch aus, dass wenigstens einer der Gewindegänge ein sich radial in Richtung Kerndurchmesser wenigstens teilweise verjüngendes Gewindeprofil aufweist. Vorzugsweise weisen die Gewindegänge beider Pumpspindeln jeweils ein sich radial in Richtung Kerndurchmesser wenigstens teilweise verjüngendes Gewindeprofil auf.
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Doppelspindelpumpen gemäß dem Stand der Technik weisen Gewindegänge auf, die von innen nach außen, d. h. vom Kerndurchmesser in Richtung zum Außendurchmesser hin, verjüngend ausgebildet sind. So sind diese Gewindegänge bzw. -profile in der Art von sog. Spitz-, Trapez-, Säge-, Rund- oder Whitworth-Gewinden ausgebildet.
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Dagegen sind einer oder beide/alle Gewindegänge/-profile der Pumpspindeln gemäß der Erfindung genau umgekehrt verjüngend ausgebildet. Das heißt, dass diese nicht von innen nach außen, sondern von außen nach innen sich verjüngen. Es hat sich gezeigt, dass hiermit wesentlich verbesserte Pumpverhältnisse bzw. Formgebungen erreicht werden, wobei deutlich weniger Toträume innerhalb des Pumpgehäuses realisiert werden. Das Ineinandergreifen der erfindungsgemäßen Pumpspindeln erfolgt viel genauer und mit entscheidend weniger Spiel bzw. Freiraum zwischen den beiden Pumpspindeln bzw. den Gewindegängen. Dadurch verbleiben fast keine Produktrestmengen in der Pumpe, die spätestens bei einem Wechsel des Produktes oder von Zeit zu Zeit, um ein Aufkommen von Verkeimungen oder dergleichen zu verhindern, entsprechend aufwendig entfernt bzw. ausgewaschen werden müssten.
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Der Begriff Totraum beschreibt ein Restvolumen innerhalb der Pumpe bzw. des Anschlussbehälters, in dem sich während des Normalbetriebs Pumpmedium und während der Reinigung Reinigungsflüssigkeit ablagern kann, so dass sich für ein solches Totvolumen eine unerwünscht lange Verweildauer von Pumpmedium in der Pumpe bzw. bei der Reinigung aufgrund fehlender Strömung von Reinigungsflüssigkeit in diesen Bereichen der Pumpe ein schlechtes Reinigungsergebnis einstellt.
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Vorteilhafterweise ist eine der Pumpspindeln als Hemmspindel ein in Richtung der Drehachsen betrachtet breiteres Gewindeprofil aufweist wie die andere, als Förderspindel ausgebildete Pumpspindel. So kann die Hemmspindel in vorteilhafter Weise eine außen bzw. am Außendurchmesser walzenartige Ausbildung aufweisen. D. h. eine Mantelfläche, die sich wendelförmig und vergleichsweise breit um die Drehachse erstreckt. Dagegen weist die Förderspindel bevorzugt eine sich mit dem Außendurchmesser wendelförmige Mantelfläche auf, die kleiner bzw. schmäler als die der Hemmspindel ist. Mit dieser Maßnahme können gerade schonend zu pumpende Lebensmittel oder dergleichen besonders schonend gefördert werden.
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Vorzugsweise ist das Gewindeprofil bzw. die Mantelfläche der Hemmspindel mindestens etwa doppelt, dreimal oder viermal so breit ist wie das Gewindeprofil bzw. die Mantelfläche der Förderspindel. Dies verbessert die schonende Förderung der zu pumpenden Produkte nochmals.
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In einer bevorzugten Variante der Erfindung sind die Drehrichtungen der beiden Pumpspindeln gegenläufig. Hiermit kann das Produkt beim Zuführen zu den Spindeln von beiden Spindeln erfasst und in vorteilhafter Weise in den Zwischenbereich bzw. mittig eingesaugt und dann weitergepumpt werden.
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Eine erfindungsgemäße Pumpspindel kann generell sowohl aus Kunststoff und/oder Metall, insbesondere Stahl, hergestellt werden. Derartige Materialien könne mit modernen CNC-Maschinen, insbesondere mit Fräswerkzeugen, in vorteilhafter Weise sehr genau u. a. auch mit dem erfindungsgemäßen „Hinterschnitt” der Gewindegänge hergestellt werden. Hierbei kann ein Rundmaterial als Ausgangswerkstück verwendet werden. Beispielsweise kann eine einstückige Pumpspindel realisiert werden.
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Vorteilhafterweise weist wenigstens eine der Pumpspindeln wenigstens eine den Gewindegang umfassende Wendelspindel und eine Spindelachse auf, wobei ein Formschluss zwischen der Wendelspindel und der Spindelachse vorgesehen ist. Hiermit werden in vorteilhafter Weise Materialkombinationen möglich. So kann als Spindelachse vorzugsweise ein sehr stabiles Material wie Stahl oder dergleichen vorgesehen werden, das mit vorteilhaften (Wälz-)Lagern im Pumpengehäuse gelagert wird. Diese kann dann mit einer Wendelspindel z. B. aus weniger stabilem Material bzw. aus leichter (ggf. spanend) zu bearbeitenden Material wie Kunststoff, Messing oder dergleichen hergestellt werden. Die verringert die Herstellungskosten und ermöglicht auch eine vorteilhafte Betriebsweise. Beispielsweise kann sich Kunststoff oder dergleichen etwas elastisch im Betrieb verformen, so dass eine besonders vorteilhafte Aneinanderschmiegung der bewegenden Komponenten ergeben kann.
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Auch kann die Wendelspindel bei Abnützung, Beschädigung oder dergleichen separat ausgetauscht werden, was die Instandhaltungskosten im Vergleich zu einem Vollaustausch der gesamten Pumpspindel verringert.
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Gemäß einer weiteren Erfindung kann die eingangs aufgeführte Aufgabe mit einer Spindelpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gelöst werden, dass eine Zufuhrvorrichtung zum Zuführen eines zu pumpenden Produktes zu den Pumpspindeln eine parallel zu den Drehachsen und in Zufuhrrichtung des Produktes ausgerichtete Querschnittsfläche aufweist, wobei eine Verjüngung der Querschnittsfläche in Pumprichtung vorgesehen ist. Das bedeutet, dass ein Produkt beispielsweise im Wesentlichen vertikal nach unten in Zufuhrrichtung den Pumpspindeln zugeführt wird und von diesen erfasst und in Pumprichtung umgelenkt wird. Die Zufuhrvorrichtung mit dem sich in Pumprichtung verjüngenden, ggf. konischen Querschnitt gewährleistet eine vorteilhafte und definierte Umlenkung des Produkts, wobei dieses gegen den schrägen, vorderen Wandabschnitt der Zufuhrvorrichtung gedrückt wird. Hierdurch wiederum wird das Produkt definiert nach unten zwischen die Gewindegänge gedrückt. Dies ermöglicht eine zuverlässige Befüllung bzw. Zufuhr der Pumpe selbst bei hochviskosen und/oder sehr klebrigen Produkten. Dementsprechend werden Lufteinschlüsse oder Blasen am Ende des Pumpvorganges wirkungsvoll verhindert.
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Eine aufwendige Zufuhrfördereinrichtung wie Walzen oder dergleichen gemäß dem Stand der Technik kann entfallen.
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Vorteilhafterweise ist die Verjüngung mit einem quer zu Pumprichtung angeordneten Leitelement bzw. Wandabschnitt realisiert ist. Beispielsweise weist das Leitelement bzw. der Wandabschnitt einen spitzen Winkel auf, z. B. etwa 45° oder weniger, gegenüber einer Linie auf der äußeren Mantelfläche der Pumpspindel, die längs und parallel zur Drehachse angeordnet ist. D. h. auch, das in vorteilhafter Weise die Verjüngung bzw. die Schräge und somit das Leitelement bzw. der besagte Wandabschnitt sich bis zu der/den Pumpspindeln (verjüngend) erstreckt.
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Beispielsweise kann ein gebogenes und/oder geknicktes Leitelement vorgesehen werden. Ggf. kann dies einen Viertel-Kreis-Abschnitt oder ein polygonförmigen Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise weist das Leitelement einen in Bezug zur Querschnittsfläche geraden Querschnitt auf, insbesondere mit einem spitzen Winkel mit ca. 45° zur Pumpenspindel. Dies ist konstruktiv besonders vorteilhaft herstellbar.
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Gemäß einer weiteren Erfindung kann die eingangs aufgeführte Aufgabe mit einer Spindelpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gelöst werden, dass wenigstens einer der beiden längs der Pumprichtung stirnseitig angeordneten Gehäuseanschlüsse des Pumpengehäuses lösbar fixierbar ausgebildet ist. Hierdurch kann das Pumpengehäuse in vorteilhafter Weise u. a. zur Reinigung oder Wartung etc. ohne großen Aufwand, insb. ohne Werkzeuge bzw. werkzeuglos, auseinander gebaut und wieder zusammengebaut werden. Dies ist gerade im Lebensmittelbereich von großem Vorteil.
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Vorzugsweise ist wenigstens einer der beiden Gehäuseanschlüsse, bevorzugt der druckseitige Anschlussstutzen einschließlich einem Loslager, drehbar an einer Rotationsachse des Pumpengehäuses angeordnet. Vorteilhafterweise ist wenigstens ein Scharnier und/oder ein Schnellarretiersystem wie Flügelmuttern oder dergleichen vorgesehen.
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Alternativ oder in Kombination zur drehbaren Variante gemäß der Erfindung ist wenigstens einer der beiden Gehäuseanschlüsse, bevorzugt der saugseitige Anschlussflansch einschließlich einer Lagereinheit wie einem Festlager z. B. in Form eines Pendelrollenlagers oder zweier Wälzlager in O- oder X-Anordnung, linear in Richtung der Drehachse mittels einer Linearverstelleinheit verstellbar ausgebildet. Vorzugsweise ist die Linearverstelleinheit als Schienenvorrichtung zum Verschieben des Gehäuseanschlusses einschließlich eines Antriebsmotors zum Antreiben der Spindelpumpe ausgebildet ist. Mit Hilfe der Linearverstellung kann eine vorteilhafte Drehmonmentenübertragung von einer Antriebswelle eines Antriebsmotors, insb. Elektromotors, auf die Pumpspindel bzw. Spindelwelle realisiert werden.
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Beispielsweise ist ein Formschluss zur Drehmomentenübertragung zwischen Antriesbswelle und Pumpspindel bzw. Spindelwelle vorgesehen, ggf. unter Zuhilfenahme einer Lager- bzw. Zwischenwelle.
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Die Pumpe gemäß der Erfindung weist folgende Merkmale einzeln und/oder in Kombination auf:
- – Die Pumpe ist wesentlich filigraner, genauer und leichter zu reinigen als der Stand der Technik. Man kann sogar davon ausgehen, dass sich Pumpe gemäß der Erfindung durch den Einsatz von Reinigungswasser selber abreinigen kann.
- – Darüber hinaus kann durch ein Schnellarretiersystem das Pumpengehäuse zur manuellen Reinigung und Inspektion auseinandergezogen werden. Dazu ist die Pumpe gemäß der Erfindung auf ein Schienensystem aufgebaut.
- – Die Gehäuseteile bestehen vorzugsweise aus gelaserten Einzelteilen, die zusammengeschweißt werden.
- – Die Verdrängerspindeln bzw. Pumpspindeln werden in vorteilhafter Weise mittels einer Computersimualtion berechnet und sind sehr genau (Kurvenzykloide) realisierbar. Dadurch verbleibt fast keine Produktrestmenge in der Pumpe.
- – Die Geometrie der Verdrängerspindeln bzw. Pumpspindeln werden vorzugsweise aus einem Vollkörper (Edelstahl oder Kunststoff) gefräst, der wiederum optional einen innen liegenden Formschluss aufweist (Sechskant), so dass die Spindeln bei Verschleiß in vorteilhafter Weise ausgetauscht werden können.
- – Die Pumpe gemäß der Erfindung wird aufgrund dessen, dass die Spindeln sehr genau aufeinander abgestimmt sind, beidseitig gelagert.
- – Die Pumpe gemäß der Erfindung wird leichter zu reinigen sein, weil durch die abgestimmten Spindeln sehr wenig Luft bzw. ein minimaler Spalt zwischen den beiden Spindeln bzw. zwischen Spindeln und Gehäuse verbleibt. Die Pumpe kann durch den Einsatz von Reinigungswasser selber abreinigen werden.
- – Darüber hinaus kann durch ein Schnellarretiersystem das Pumpengehäuse zur manuellen Reinigung und Inspektion auseinandergezogen werden. Dazu wird die Pumpe auf ein Schienensystem aufgebaut. Der Druckstutzen kann zur Reinigung über ein Scharnier seitlich weggeklappt werden. In ihm ist das Loslager der Pumpe integriert.
- – Die Spindeln laufen auf der Produktzufuhrseite zusammen (sind also „oben” auf der Produktzufuhrseite gegenläufig), was den Vorteil hat, dass das ankommende Produkt/Medium durch die gegenläufigen Spindeln oben oder zumindest oben in der/den Kammern der Förderspindel „zentriert” liegen bleibt bzw. in die sich öffnende Kammer gezogen wird. Wird das Produkt (in der Regel Blockware) durch die Drehbewegung der Spindeln in Pump- bzw. Förderrichtung weiterbewegt, wird es kurz vor Eingang in das eigentliche Pumpengehäuse gegen ein Leitelement, insb. ein Einlaufblech, gedrückt. Durch die dadurch stattfindende Impulsumlenkung nach unten wird eine zuverlässige Befütterung der Spindeln ohne weitere Hilfsmittel erreicht. Zusätzliche Fördervorrichtungen, Bänder oder zusätzliche Walzen oder Schnecken können entfallen.
- – Durch die spezielle Formgebung der Spindeln gemäß der Erfindung kann die Pumpe auch beim Einsatz hochviskoser Medien in vorteilhafter Weise Druck aufbauen.
- – Durch die spezielle Formgebung der Gewinde-/Spindelprofile ist eine kontinuierliche Entlüftung von mit in die Druckseite mittransportierter Luft auf die Produktzugabeseite gegeben.
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Das auf der Druckseite ankommende Produkt/Medium ist ohne Lufteinschlüsse.
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Ausführungsbeispiel
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
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Im Einzelnen zeigt:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Pumpe und
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2 eine schematische Draufsicht auf die Pumpe gemäß 1.
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Eine Pumpe mit zwei Verdränger- bzw. Pumpspindeln 1, 2 sind parallel nebeneinander angeordnet. Gewindegänge 3, 4 der Spindeln 1, 2 greifen ineinander, so dass Förderkammern 5 gebildet werden, die ein Produkt/Medium in Richtung 7 eines Druckstutzens 6 fördern.
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Die Spindel 1 ist als Förderspindel 1 ausgebildet und die Spindel 2 als Hemmspindel 2 ausgebildet. Die Gewindegänge der Spindel 2 sind hierbei deutlich größer, z. B. 2 bis 4 mal so groß/breit, als die Gewindegänge 3 der Spindel 1.
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In 1 wird die Profilierung der Gewindegänge 3, 4 gemäß der Erfindung sehr deutlich. Am Außendurchmesser bzw. der Mantelfläche 8 der Spindeln 1, 2 ist der Gewindegang 3, 4 breiter als im Bereich des Kerndurchmessers 9. Dementsprechend ist eine Verjüngung bzw. Einschnürung oder auch ein sog. „Hinterschnitt” der Wendel/Spindel 1, 2 deutlich zu erkennen/ausgebildet.
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Die Spindeln 1, 2 sind hierbei als zweiteilige Spindel 1, 2 ausgebildet, wobei z. B. eine Wendel 11 aus Kunststoff und eine Spindelachse 12 aus Metall, insb. Stahl, realisiert ist.
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Zudem ist ein Gehäuse 13 vorgesehen, das die Spindeln 1, 2 umgibt. Ein Zufuhrgehäuse 14 ist zur Produktzufuhr zu den Spindeln 1, 2 vorgesehen und umfasst ein Einlaufblech 15 gemäß der Erfindung. Abgebildet sind zwei alternative Varianten. Einerseits ein viertelkreis-förmiges und (gestrichelt) ein gerades Einlaufblech 15. Wesentlich ist hierbei, dass dies schräg bzw. spitzwinklig bis zur Spindel 1, 2 reicht. Hierdurch ist der dargestellte Querschnitt des Zufuhrgehäuses 14 auf der vorderen, d. h. in Pumprichtung angeordneten Stirnseite des Gehäuses 14 verjüngend bzw. konisch ausgebildet. Lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit ist dieses Einlaufblech 15 in der Draufsicht gemäß 2 nicht dargestellt.
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Das Pumpengehäuse 13 ist fest auf einem Montagegestell 17 angeordnet bzw. fixiert. Dieses 17 ist als Schienensystem 18 ausgebildet, so dass ein Lagergehäuse 19 einschließlich einer Lagereinheit 24 und eines Antriebsmotors 20 in Richtung 22 verschiebbar darauf ist. Das Lagergehäuse 19 ist mittels eines Schraubsystems 21 schnell und ohne großen Aufwand vom Pumpengehäuse 13 lösbar und wieder fixierbar angeordnet.
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Zudem ist der Druckstutzen 6 einschließlich eines (Los-)Lagers 25 mittels eines Schraubsystems 23 schnell und ohne großen Aufwand vom Pumpengehäuse 13 lösbar und wieder fixierbar angeordnet. Hierbei kann auch alternativ zur dargestellten Variante ein Scharniersystem mit einer Rotationsachse zum Verschwenken des Stutzens 6 vorgesehen werden.
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Die Hemmspindel 2 kann ggf. lediglich durch die über den Motor 20 angetriebene Förderspindel 1 angetrieben werden. Allerdings kann auch ein separater Antrieb und/oder ein vorteilhaftes Getriebe vorgesehen werden, so dass ein einziger Antriebsmotor 20 über das Getriebe beide Spindeln 1, 2 in vorteilhafter Weise antreibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 349523 [0004]
- DE 3140042 [0004]