DE3539096A1 - Schneckenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schnecken- oder Schrauben­ pumpe zur Pumpförderung einer unter Druck stehenden Flüssig­ keit und insbesondere auf eine Schneckenpumpe, die überragen­ de Eigenschaften in bezug auf Verschleiß- sowie Korrosions­ festigkeit aufweist und zur Förderung von Flüssigkeiten - einschließlich Schlamm - geeignet ist.

Eine Schneckenpumpe ist üblicherweise aus Metall, z.B. Guß­ eisen oder Gußstahl, gefertigt worden und weist einen grund­ sätzlichen Aufbau, wie er in Fig. 1 der beigefügten Zeichnun­ gen gezeigt ist, auf. Ihre Pumpwirkung wird durch Verschieben von Lücken 6 zwischen den als Drehkörper ausgebildeten Schnecken 1 und einem diese umgebenden Gehäuse 2 in den axialen Richtungen der Schnecken 1, wenn die Wellen 3 ge­ dreht werden, erreicht. Steuerungszahnräder 11 übertragen das Drehmoment und bestimmen die Spalten zwischen den Schnecken 1.

Eine Flüssigkeit wird durch eine Ansaug- oder Einlaßöffnung 4 in das Gehäuse 2 gesaugt, sie füllt die Lücken 6 aus, wird in den axialen Richtungen fortbewegt und aus der Pumpe durch eine Auslaßöffnung 5 ausgefördert. Die Flüssigkeit wird in den Lücken 6 eingeschlossen und auf diese Weise aus der Pumpe hinausgedrückt, so daß ein hoher Förderdruck der Flüssigkeit und eine große Fördermenge erreicht werden können. Die Lei­ stung der Pumpe ist folglich umso höher, je enger die Spalte 8 zwischen den Schnecken 1 und dem Gehäuse 2 sowie die Spalte 7 zwischen den beiden Schnecken 1 sind und je geringer die Leckmenge durch diese Spalte ist.

Bei derartigen Pumpen, die aus Metall gefertigt sind, wur­ den deshalb die Spalte 7 zwischen den Schnecken 1 und die Spalte 8 zwischen den Schnecken 1 sowie dem Gehäuse 2 auf eine Größenordnung von 0,2 mm begrenzt.

Wenn nun in der von der Pumpe zu fördernden Flüssigkeit feste Fremdkörper vorhanden sind, so hat diese Bemessung zum Ergeb­ nis, daß diese festen Fremdpartikel in den Spalten 7 und 8 zwischen den Schnecken 1 sowie diesen und dem Gehäuse 2 ein­ gezwängt oder -geklemmt werden, womit sie einen außerordent­ lichen Abrieb an diesen Bauteilen hervorrufen, so daß mit ansteigendem Abrieb die Leckmenge von den Lücken 6 her fort­ schreitend größer wird, womit die Arbeitsleistung der Pumpe abfällt.

Falls von der Pumpe eine korrosive Flüssigkeit zu fördern ist, so erniedrigt insbesondere schon eine leichte oder geringfü­ gige Korrosion an den Schnecken 1 oder am Gehäuse 2 die Arbeitsleistung der Pumpe beträchtlich bis zu einem Ausmaß, daß sie selten wie bei einem Abrieb durch Fremdkörper noch weiter verwendet werden kann, bis sie als Ganzes derart kor­ rodiert ist, daß sie nicht mehr weiter gebrauchsfähig ist.

Es ist im Hinblick auf den geschilderten Stand der Technik­ die primäre Aufgabe der Erfindung, eine Schneckenpumpe zu schaffen, die überragende Eigenschaften in bezug auf Abrieb­ sowie Korrosionsfestigkeit aufweist sowie in einer Änderung ihrer Arbeitsleistung allenfalls minimale Werte aufzeigt, so daß die Pumpe auch zur Förderung von Flüssigkeiten, die Festkörperteilchen einschließen, wie Schlämme, mit hohen Drücken geeignet ist.

Ein Ziel der Erfindung liegt hierbei darin, eine Schnecken­ pumpe mit keramischen Schnecken, die die Gestalt von für Schnecken am besten geeigneten Schrauben- oder Schneckengängen haben, zu schaffen.

Zur Lösung der Aufgabe und zum Erreichen des oben genannten Ziels sowie weiterer Ziele sieht die Erfindung für eine Schneckenpumpe zur Förderung einer Flüssigkeit mit einem einen Ein- sowie Auslaß aufweisenden Pumpengehäuse und mit wenigstens zwei miteinander in Eingriff stehenden sowie im Pumpengehäuse drehbar gelagerten Schnecken vor, daß die Schnecken aus einem keramischen Werkstoff gefertigt sind und die Gewinde- oder Schneckengänge der Schnecken an ihren Füßen - gesehen im Längsschnitt - eine größere Breite haben,als die Breite auf den Teilkreisen beträgt.

Den Schnecken gegenüberliegende Innenflächen des Gehäuses werden vorzugsweise mit aus keramischem Werkstoff gefertigten Auskleidungen ausgestattet.

Vorzugsweise bestehen die keramischen Schnecken und Ausklei­ dungen aus Zirkoniumdioxid oder Aluminiumoxid.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Schneckenpumpe nach dem Stand der Technik, die eingangs schon besprochen wurde und all deren Teile aus Metall gefertigt sind;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schneckenpumpe;

Fig. 3 teils eine Ansicht, teils einen Längsschnitt eines Abschnitts einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schnecke.

Die in Fig. 2 gezeigte Schneckenpumpe gemäß der Erfindung um­ faßt ein Pumpengehäuse 2 mit wenigstens einer Ansaug- oder Einlaßöffnung 4, mit wenigstens einer Auslaßöffnung 5, mit über Lager 9 in dem Pumpengehäuse 2 drehbar aufgenommenen Wellen 3 und mit wenigstens einem Paar von an den Wellen 3 fest angebrachten, zusammen mit den Wellen drehbaren Schnec­ ken 1. Eine der Wellen 3 ragt aus dem Gehäuse 2 heraus und wird von einer (nicht gezeigten) Antriebsquelle in Umdrehung versetzt, so daß die Schnecken 1 gedreht werden, um eine die Lücken zwischen dem Pumpengehäuse 2 und den aus keramischem Material bestehenden Schnecken ausfüllende Flüssigkeit in der Achsrichtung der Schnecken fortzubewegen und damit die Pumpwirkung der Pumpe hervorzurufen. An Innenflächen des Pumpengehäuses 2, die den Schnecken 1′ gegenüberliegen, ist eine Auskleidung 10 aus Keramikmaterial oder sind deren meh­ rere angebracht.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Einzelheit einer keramischen Schnecke 1′ sind mit strich-punktierten Linien die Umrisse einer weithin verwendeten Schnecke aus metallischen Werkstof­ fen angedeutet.

Wenn die Schnecken 1′, und zwar vorzusgweise ein Paar sol­ cher Schnecken, in Eingriff miteinander gedreht werden, so ist eine der Schnecken 1′ so bearbeitet, daß die Breiten w ₂ der Schneckengänge an den Füßen der Gänge geringer sind als die Breiten w ₁ auf den Teilkreisen, um jegliche Eingriffs­ störung der Schneckengänge aufeinander zu vermeiden.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben Untersuchungen in bezug auf die Gestaltung von keramischen Schnecken hoher Sicherheit, wenn diese einer mechanischen Belastung ausgesetzt werden, angestellt, weil im Unterschied zu Metallen das kera­ mische Material spröde ist und nur eine geringe Zugfestigkeit hat. Hierbei hat sich als Ergebnis bestätigt, daß es zu be­ vorzugen ist, die Breiten w ₂′ der Schraubengänge einer Schnecke an den Füßen - gesehen im Längsschnitt der Schnecke - größer zu machen als die Breiten w ₁ auf den Teilkreisen und von den Teilkreisen einwärts zu den Füßen hin progressiv an­ steigen zu lassen, wie die Fig. 3 zeigt.

Im Fall der Förderung einer Fremdkörper enthaltenden Flüs­ sigkeit werden die keramischen Auskleidungen an der Innenseite des Gehäuses 2 angebracht, um den Abrieb der Bauteile erheb­ lich zu vermindern.

Bei einer verwirklichten Ausführungsform mit Schnecken mit Außendurchmessern von 268 mm, mit Teilkreisen von 190 mm, mit einem Durchmesser von 112 mm am Fuß der Schneckengänge und mit einer Teilung von 120 mm der Schnecken wurde die Gestalt der äußeren Hälften der Schneckengänge mit Fräsern von 300 mm Außendurchmesser, deren Wellen eine Neigung von 12° hatten, ausgebildet, um zykloidisch gekrümmte Flächen der Hälften der Gänge zu erhalten. Andererseits wurde die Gestalt der inneren Hälften der Schneckengänge durch Fräser derselben Art gebildet, deren Achsen eine Neigung von 8°52′ hatten, um trochoidisch gekrümmte Flächen zu erhalten. Auf diese Weise wurden gewünschte Schneckengänge erlangt, deren Breite w ₂′ größer ist als die Breite w₁, und zwar in einem Verhältnis von w₂′/w₁ = 1,30. Diese Schnecken drehten ohne jegliche Eingriffsstörung und zeigten eine maximale Nutzleistung von 75%.

Mit einer Änderung in den Abmessungen der Schnecken soll das Verhältnis von w ₂′/w ₁ verändert werden. Je größer das Verhältnis von w ₂′/w ₁ ist, umso geringer ist die Gefahr einer Beschädigung der keramischen Schnecken. Wenn das Ver­ hältnis von w ₂′/w ₁ jedoch den Wert von 1,3 übersteigt, so wird sich der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe vermin­ dern, so daß die maximale Nutzleistung der Pumpe sich zu ver­ ringern beginnt.

Bei einer anderen Ausführungsform der keramischen Schnecken, wobei das Verhältnis von w ₂′/w ₁ den Wert von 1,01-1,45 hatte, konnte der Pumpenwirkungsgrad von 60% eingehalten werden, was für den tatsächlichen Gebrauch zulässig ist.

Die gemäß der obigen Erläuterung ausgestalteten keramischen Schnecken für Schneckenpumpen setzen die Gefahr eines Schadens an den Schnecken, der auf die Sprödigkeit, die ein Mangel des keramischen Materials ist, zurückzuführen ist, beträchtlich herab, so daß sie in zufriedenstellender Weise bei hohen Drücken zur Anwendung kommen können. Im Fall ihrer Verwendung für Flüssigkeiten, die Feststoffpartikel enthalten, kann die Leistungsfähigkeit der Pumpe für eine lange Zeitspanne auf Grund der Abriebfestigkeit des Materials aufrechterhalten werden. In tatsächlichen Fällen zeigten die keramischen Schnecken, selbst wenn feste Partikel in den Spalten 7 und 8 eingeklemmt wurden, eine ausreichende, hinlängliche Festigkeit, ohne beschädigt zu werden, so daß der Betrieb der Pumpe ermöglicht wurde.

Die Erfindung sieht keramische Schnecken mit ununterbroche­ nen, schraubenförmigen Schneckengängen vor, deren Breiten auf den Teilkreisen geringer sind als die Breiten an den Füßen, um die Schneckenpumpe zur Verwendung bei der Förderung von Schlämmen oder korrosiven chemischen Flüssigkeiten bestens geeignet zu machen. Die keramischen Schnecken werden an sie durchsetzenden Drehwellen aus Metall, die im Pumpengehäuse gelagert sind, befestigt. Obwohl sich die gezeigte Ausfüh­ rungsform auf eine zwei keramische Schnecken aufweisende Doppelschneckenpumpe bezieht, so ist das nur ein Beispiel, da die Erfindung auf Schneckenpumpen mit drei oder vier Schnecken, wobei drei Schnecken bevorzugt werden, angewendet werden kann.

Durch Fertigung der Auskleidungen im Pumpengehäuse aus kera­ mischem Material kann deren Standzeit erheblich verlängert werden. Ferner ist es vorzuziehen, das Pumpengehäuse oder dessen Innenflächen als Ganzes aus Keramikmaterial zu fertigen, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Die Schnecken und Auskleidungen werden bevorzugterweise aus Zirkoniumdi­ oxid oder Aluminiumoxid gefertigt.

Die Schneckenpumpe gemäß der Erfindung weist überragende Eigen­ schaften in bezug auf Abriebfestigkeit sowie Korrosionsbestän­ digkeit auf und ist zur Förderung von Schlämmen, Flüüsigkeiten und korrosiven chemischen Flüssigkeiten unter hohem Druck ge­ eignet, so daß sie im tatsächlichen Einsatz sehr leistungs­ fähig arbeitet.

Wenngleich die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungs­ formen dargelegt und beschrieben wurde, ist klar, daß auf Grund der offenbarten Lehre dem Fachmann Abwandlungen und Abänderungen an die Hand gegeben sind, die jedoch als in den Rahmen der Erfindung fallend anzusehen sind.

Claims (7)

1. Schneckenpumpe zur Förderung einer Flüssigkeit mit einem einen Einleß sowie einen Auslaß aufweisenden Pumpengehäuse und mit wenigstens zwei Schnecken, die miteinander in Ein­ griff sowie im Pumpengehäuse drehbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (1′) aus einem keramischen Material gefertigt sind und Schneckengänge an ihren Füßen - gesehen im Längsschnitt der Schnecken - Breiten (w ₂′) haben, die größer als die Breiten (w ₁) an den Teilkreisen sind.

2. Schneckenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schnecken (1′) gegenüberliegenden Innenflä­ chen des Pumpengehäuses (2) mit Auskleidungen (10) aus einem keramischen Material abgedeckt sind.

3. Schneckenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidungen (10) aus Zirkoniumdioxid oder Aluminiumoxid gefertigt sind.

4. Schneckenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (1′) aus Zirkoniumdi­ oxid oder Aluminiumoxid gefertigt sind.

5. Schneckenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckengänge von einer der Schnecken an den Füßen der Schneckengänge - im Längs­ schnitt der Schnecke gesehen - Breiten haben, die kleiner als die Breiten an den Teilkreisen der Schnecke sind, um jegliche Eingriffsstörung mit den Schneckengängen der anderen Schnecke zu vermeiden.

6. Schneckenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Breite (w₂′) der Schneckengänge an ihren Füßen zur Breite (w ₁) an den Teil­ kreisen im Bereich von 1,01-1,45 liegt.

7. Schneckenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis annähernd 1,3 ist.