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Patent Searching and Data


Title:
SCREW PUMP AND METHOD FOR COMPENSATING TRANSVERSE FORCES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/064045
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for compensating transverse forces acting on a spindle rotor (1) of a screw pump that delivers a medium to be delivered from a suction chamber (3) to a pressure chamber (5). A compensation force directed radially relative to the axis of rotation of the spindle rotor (1) acts on a sealing surface (8) of a partition wall (7) of a helical profile of the spindle rotor (1), wherein the compensation force is generated by a pressurized fluid present at the sealing surface (8) of the partition wall (7) of the spindle rotor (1) and the same pressure in absolute value is exerted on a plurality of adjacent sealing surfaces (8) in the longitudinal direction. The invention further relates to a screw pump with at least two spindle rotors (1) rotatably mounted in a delivery housing (10) between a suction chamber (3) and a pressure chamber (5) and engaging with one another to form a chamber, the spindle rotors having a spiral profile with spiral channels (6). The screw pump also has partition walls (7) delimiting the channels (6), wherein the partition walls (7) each have a sealing surface (8) sliding along an inner wall (9) of the delivery housing (10). In a region of the delivery housing (10) surrounding the spindle rotor (1) having a spiral profile with partition walls (7) and sealing surfaces (8), the screw pump has a plurality of compensation openings (13, 14, 15, 6) for a pressure fluid which are arranged a distance away from one another in the longitudinal direction and are connected to a first reservoir (21) for the pressure fluid in such a manner that the pressure fluid is present at the plurality of compensation openings (15, 16) at a first actuating pressure specified by a pressure in the reservoir (21).

Inventors:
PELZ, Peter (Lossenweg 28, Darmstadt, 64285, DE)
THURNER, Joachim (Frankensteiner Straße 15, Darmstadt, 64297, DE)
Application Number:
EP2013/071958
Publication Date:
May 01, 2014
Filing Date:
October 21, 2013
Export Citation:
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Assignee:
TECHNISCHE UNIVERSITÄT DARMSTADT (Karolinenplatz 5, Darmstadt, 64289, DE)
International Classes:
F04C2/16
Foreign References:
DE727434C1942-11-03
US3291061A1966-12-13
Attorney, Agent or Firm:
KATSCHER HABERMANN PATENTANWÄLTE (Dolivostraße 15 A, Darmstadt, 64293, DE)
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Claims:
P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Kompensation von Querkräften, die auf einen Spindelrotor (1) einer Schraubenpumpe wirken, die ein Fördermedium von einem Saugraum (3) zu einem Druckraum (5) fördert, wobei eine radial zur Drehachse des Spindelrotors (1) gerichtete Kompensationskraft auf eine Dichtfläche (8) einer Trennwand (7) eines schraubenförmigen Profils des Spindelrotors (1) einwirkt, und wobei die Kompensations¬ kraft durch ein druckbeaufschlagt auf die Dichtfläche (8) der Trennwand (7) des Spindelrotors (1) anstehendes

Druckfluid erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf mehrere in Längsrichtung benachbarte Dichtflächen (8) betragsmäßig derselbe Druck ausgeübt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfluid mit einem Stelldruck beaufschlagt wird, der entweder mit dem saugraumseitigen Druck oder mit dem druckraumseitigen Druck übereinstimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfluid entweder mit einem ersten Stelldruck, der geringer als der saugraumseitig anstehende Druck ist, oder mit einem zweiten Stelldruck, der höher als der

druckraumseitig anstehende Druck ist, beaufschlagt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf gegenüberliegenden

Umfangsbereichen des Spindelrotors (1) jeweils eine in gleicher Richtung gerichtete Kompensationskraft auf den Spindelrotor (1) ausgeübt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckfluid das

Fördermedium verwendet wird.

6. Schraubenpumpe mit mindestens zwei in einem

Fördergehäuse (10) zwischen einem Saugraum (3) und einem Druckraum (5) drehbar gelagerten und Kammer bildend ineinander greifenden Spindelrotoren (1), die bei einer gekoppelten gegenläufigen Drehbewegung ein fließfähiges Fördermedium von dem Saugraum (3) zu dem Druckraum (5) fördern können, wobei mindestens ein Spindelrotor (1) eine gewindeförmige Profilierung mit schraubenförmigen Kanälen (6) und mit die Kanäle (6) begrenzenden Trennwänden (7) aufweist, und die Trennwände (7) jeweils eine an einer Innenwand (9) des Fördergehäuses (10) entlang gleitende Dichtfläche (8) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem, den Spindelrotor (1) mit einer gewindeförmigen Profilierung mit Trennwänden (7) und Dichtflächen (8) umgebenden Bereich des Fördergehäuses (10) mehrere in Längsrichtung beabstandet zueinander angeordnete

Kompensationsöffnungen (13, 14, 15, 16) für ein Druckfluid ausgebildet sind, und dass die mehreren

Kompensationsöffnungen (15, 16) mit einem ersten Reservoir (21) für das Druckfluid verbunden sind, so dass das

Druckfluid an den mehreren Kompensationsöffnungen (15, 16) mit einem durch einen Druck in dem Reservoir (21)

vorgegebenen ersten Stelldruck ansteht.

7. Schraubenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Reservoir (22) für das Druckfluid

vorgesehen ist, durch das ein zweiter Stelldruck vorgegeben werden kann, und dass eine erste Anzahl von ersten

Kompensationsöffnungen (15, 16) mit dem ersten Reservoir (21) und eine zweite Anzahl von zweiten Kompensations¬ öffnungen (13, 14) mit dem zweiten Reservoir (22) verbunden ist, wobei die zweiten Kompensationsöffnungen (13, 14) längs eines Umfangs des Spindelrotors (1) den ersten

Kompensationsöffnungen (15, 16) gegenüber liegend

angeordnet sind.

8. Schraubenpumpe nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stelldruck und gegebenenfalls der zweite Stelldruck jeweils mit einer Stelldruckpumpe (29) vorgebbar ist.

9. Schraubenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenpumpe einen Drucksensor aufweist.

10. Schraubenpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsöffnungen (13, 14, 15, 16) über außerhalb des Fördergehäuses (10) verlaufende Verbindungsleitungen (17, 18, 19, 20) mit dem ersten Reservoir (21), bzw. gegebenenfalls mit dem zweiten Reservoir (22) verbunden sind.

11. Schraubenpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsöffnungen (13, 14, 15, 16) über in dem Fördergehäuse (10) verlaufende Verbindungskanäle mit dem ersten Reservoir (21), bzw. gegebenenfalls mit dem zweiten Reservoir (22) verbunden sind .

12. Schraubenpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reservoir (21) der Saugraum (3) oder der Druckraum (5) der Schraubenpumpe ist.

13. Schraubenpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsöffnungen (13, 14, 15, 16) jeweils eine helixabschnittsförmige

Ausnehmung an der Innenseite (9) des Fördergehäuses (10) sind .

14. Schraubenpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die

Kompensationsöffnungen (13, 14, 15, 16) in Umfangsrichtung über mehr als 40 Prozent, vorzugsweise um mehr als 50

Prozent und insbesondere vorzugsweise um mehr als 55

Prozent des Umfangs des Spindelrotors (1) erstrecken.

Description:
Technische Universität Darmstadt

Schraubenpumpe und Verfahren zur Kompensation von

Querkräften

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von Querkräften, die auf einen Spindelrotor einer

Schraubenpumpe wirken, der ein Fördermedium von einem

Saugraum zu einem Druckraum fördert, wobei eine radial zur Drehachse des Spindelrotors gerichtete Kompensationskraft auf eine Dichtfläche einer Trennwand eines

schraubenförmigen Profils des Spindelrotors einwirkt und wobei die Kompensationskraft durch einen Druck beaufschlagt auf die Dichtfläche der Trennwand des Spindelrotors

anstehendes Druckfluid erzeugt wird.

Bei einer Schraubenpumpe sind mindestens zwei zwischen einem Saugraum und einem Druckraum drehbar gelagerte und kammerbildend ineinander greifende Spindelrotoren in einem die Spindelrotoren umschließenden Fördergehäuse angeordnet, die bei einer gekoppelten gegenläufigen Drehbewegung ein fließfähiges Fördermedium von dem Saugraum zu dem Druckraum fördern können. Die Spindelrotoren weisen eine

gewindeförmige Profilierung mit mindestens einem

schraubenförmigen Kanal und mit mindestens einer diesen Kanal begrenzenden, ebenfalls schraubenförmig verlaufenden Trennwand auf, die Trennwand weist eine an einer Innenwand des Fördergehäuses entlang gleitende Dichtfläche auf. Durch die Trennwand wird verhindert, dass bei einer Drehbewegung der Spindelrotoren das in einem Kanalabschnitt befindliche Fördermedium über die Trennwand hinweg in einen in axialer Richtung benachbarten Kanalabschnitt strömen kann.

Die mindestens zwei ineinander greifenden Spindelrotoren bilden in Umfangsrichtung und wegen des schraubenförmigen Verlaufs der Kanäle auch in axialer Richtung jeweils abgeschlossene Kammern, die durch die Trennwände der mindestens zwei ineinander greifenden Spindelrotoren sowie durch einen Innenwandbereich des umgebenden Fördergehäuses begrenzt werden.

Während des Betriebs der Schraubenpumpe bleibt das Volumen der einzelnen Kammern konstant, falls die gewindeförmige Profilierung eine konstante Steigung und Profilgebung aufweist. Die Schraubenpumpe wird dann als Verdrängerpumpe betrieben. Während der Drehbewegung wandern die einzelnen Kammern gleichsam in axialer Richtung von dem Saugraum zu dem Druckraum und fördern dadurch das in den Kammern befindliche Fördermedium kontinuierlich von dem Saugraum zu dem Druckraum. Die kontinuierliche Förderung ohne

nennenswerte Pulsationen oder Veränderungen der

Förderleistung stellt eine für den Einsatz der

Schraubenpumpe wichtige Eigenschaft dar.

Da die Dichtflächen der Trennwände längs der Spindelrotoren an der Innenwand des Fördergehäuses entlang gleiten und keinen vollständig dichten Abschluss der einzelnen Kammern bilden, tritt in der Praxis regelmäßig ein entgegen der Förderrichtung gerichteter Leckstrom des Fördermediums statt, der unter anderem dazu führt, dass der auf das

Fördermedium wirkende Druck nicht sprungartig von dem Druck des Saugraums auf den Druck des Druckraums angehoben wird, sondern von Kammer zu Kammer jeweils zunimmt. In den einzelnen Kammern herrscht während des Betriebs der

Schraubenpumpe deshalb jeweils ein unterschiedlicher und in Förderrichtung zunehmender Druck. Aufgrund der nicht rotationssymmetrischen, sondern schraubenförmigen Anordnung der einzelnen Kammern führen die in den einzelnen Kammern herrschenden jeweils konstanten Druckverhältnisse zu einer resultierenden Querkraft, die in radialer Richtung auf die Spindelrotoren einwirkt und dazu führt, dass mindestens ein Spindelrotor der Schraubenpumpe aus der vorgegebenen

Ausgangslage ausgelenkt wird. Der betreffende Spindelrotor wird während des Betriebs gegen das Fördergehäuse gedrückt, sodass Trennwände des Spindelrotors an die Innenwand des Fördergehäuses angepresst werden und ein nachteiliger

Reibschluss entsteht, der die Funktionsweise der

Schraubenpumpe beeinträchtigt und einen erheblich erhöhten Verschleiß bewirkt.

Die während des Betriebs auftretenden Querkräfte sind vor allem abhängig von der Viskosität des Fördermediums, von der Drehzahl der Spindelrotoren und von der Druckdifferenz, die zwischen dem Saugraum und dem Druckraum herrscht und deshalb von der Schraubenpumpe überwunden werden muss. Die Querkräfte können in Lastkräfte, die proportional zur

Druckdifferenz sind, und Gleitlager-Tragkräfte

unterschieden werden, deren maximaler Betrag von Viskosität des Fördermediums und Drehzahl des Spindelrotors abhängig sind .

Aus der Praxis ist bekannt, dass experimentell ein

Einsatzbereich der Schraubenpumpe ermittelt wird, innerhalb dessen ein weitgehend unproblematischer Betrieb der Schraubenpumpe gewährleistet werden kann und lediglich geringe Querkräfte auftreten, die den Betrieb nicht

übermäßig beeinträchtigen. Dies führt allerdings dazu, dass insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und einer geringen Viskosität des Fördermediums die mit der Schraubenpumpe maximal erreichbare Druckdifferenz zwischen dem Saugraum und dem Druckraum stark eingeschränkt bzw. relativ klein im Verhältnis zu anderen Verdrängerpumpen ist. Um die Querkräfte verringern zu können ist es

beispielsweise DE 727 434 oder aus US 3,291,061 bekannt, dass benachbarte Dichtflächen oder benachbarte Dichtflächen und Kammern durch Bohrungen oder Verbindungsleitungen miteinander verbunden sind, durch die das Fördermedium fließen und austrittsseitig eine Druckkraft ausüben kann. Auf diese Weise kann ein mit Hilfe des in einer

benachbarten Kammer oder Dichtfläche in Förderrichtung bereits angestiegener (oder in entgegengesetzter Richtung verringerter) Druck auf die Dichtfläche eine der Querkraft entgegengesetzte Gegenkraft erzeugt werden. Die auf diese Weise erreichbare Verringerung der auftretenden Querkräfte ist jedoch äußerst gering, weshalb sich derartige

Überlegungen und Ansätze zur Kompensation der auftretenden Querkräfte in der Praxis nicht etabliert haben.

Es wird deshalb als eine Aufgabe angesehen, ein Verfahren zur Kompensation von Querkräften zu entwickeln, mit dem eine wirkungsvolle Verringerung oder vollständige

Kompensation der während des Betriebs auftretenden

Querkräfte erreicht werden kann, sodass die Schraubenpumpe in einem großen Druckdifferenzbereich eingesetzt werden kann, ohne dass eine Beeinträchtigung des Betriebs oder ein übermäßiger Verschleiß auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf mehrere benachbarte Dichtflächen betragsmäßig derselbe Druck ausgeübt wird. Bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Verbindung benachbarter Kammern kann lediglich ein Differenzdruck zwischen benachbarten Dichtflächen bzw. Kammern zur Erzeugung der Gegenkraft genutzt werden. In der Praxis kann regelmäßig nur eine unzureichende gegen die Querkraft gerichtete Gegenkraft erzeugt werden, sodass keine merkliche Kompensation der Querkraft erreicht werden kann. Im Gegensatz dazu kann durch die Ausübung einer betragsmäßig übereinstimmenden und nicht von einer

Druckdifferenz zwischen benachbarten Kammern oder

Dichtflächen beschränkten Kompensationskraft auf mehrere benachbarte Dichtflächen eine vergleichsweise hohe

Gegenkraft und damit eine weitgehende oder sogar

vollständige Kompensation der auftretenden Querkräfte erreicht werden.

Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das Druckfluid mit einem ersten Stelldruck beaufschlagt wird, der entweder mit dem saugraumseitigen Druck oder mit dem druckraumseitigen Druck übereinstimmt. So ist es beispielsweise denkbar, dass mit Hilfe eines Sensors der während des Betriebs in dem Saugraum oder in dem Druckraum herrschende Druck ermittelt und mit demselben Druck das Druckfluid beaufschlagt wird.

Bei einer konstruktiv sehr einfachen Umsetzung des

Erfindungsgedankens steht das Druckfluid, das auf die Dichtflächen der Trennwandabschnitte einer Rotationsspindel einwirkt, mit dem Saugraum oder mit dem Druckraum in druckgleicher Verbindung, sodass der in dem Saugraum oder in dem Druckraum herrschende Druck automatisch auf das Druckfluid übertragen wird.

Ausgehend von dem Saugraum nimmt der Druck über die

einzelnen Kammern der Schraubenpumpe hinweg kontinuierlich, jedoch in axialer Richtung nicht notwendigerweise

gleichstufig bis zu dem in dem Druckraum herrschenden

Maximaldruck zu. Innerhalb einer Kammer herrschen

näherungsweise konstante Druckverhältnisse, während sich der Druck über die Dichtfläche der Trennwand hinweg von Kammer zu Kammer ändert. Die Querkräfte entstehen durch Druckdifferenzen, die aufgrund eines schraubenförmigen Verlaufs der das Fördermedium enthaltenden Kanäle,

beziehungsweise Kammern und der von Kammer zu Kammer unterschiedlichen Druckverhältnisse entstehen. Für alle Kammern, die von dem Saugraum und von dem

Druckraum beabstandet sind und mit dem Saugraum oder dem Druckraum nicht in druckgleicher Verbindung stehen, ist der in der betreffenden Kammer sich einstellende Druck größer als der Druck im Saugraum und geringer als der Druck im Druckraum. Durch die Anordnung der jeweiligen Wirkflächen, an denen entweder ein geringerer Stelldruck oder ein höherer Stelldruck auf die Dichtflächen der einzelnen

Kammern ausgeübt werden, kann entweder eine radial nach außen gerichtete Kraft oder eine radial nach innen

gerichtete Kraft und damit eine resultierende Gegenkraft erzeugt werden, mit der die in den betreffenden Kammer erzeugte Querkraft kompensiert werden kann. Durch eine Kombination mehrerer mit dem Druckfluid beaufschlagten Druckflächen können bei einer Verwendung des minimalen, in dem Saugraum herrschenden Drucks und des maximalen, in dem Druckraum herrschenden Drucks als jeweiliger Stelldruck hohe Gegenkräfte erzeugt werden.

Gegebenenfalls kann es vorteilhaft sein, wenn

beispielsweise bei einer kleinen zur Verfügung stehenden Druckfläche, über die der Stelldruck des Druckfluids auf die Dichtflächen einwirken kann, das Druckfluid mit einem ersten Stelldruck, der geringer als der saugraumseitig anstehende Druck ist, oder mit einem zweiten Stelldruck, der höher als der druckraumseitig anstehende Druck ist, beaufschlagt wird. Der erste Stelldruck und der zweite Stelldruck können beispielsweise mit Hilfe von geeigneten Druckpumpen nahezu beliebig hoch, beziehungsweise gering vorgegeben werden, um eine sehr große Gegenkraft auf die Dichtflächen und damit auf die Rotationsspindel ausüben zu können. Mit zunehmender Druckdifferenz zwischen dem

Druckfluid und dem in diesem Bereich herrschenden Druck des Fördermediums wird jedoch entsprechend zunehmend Druckfluid in die Kammern eingebracht oder Fördermedium ausgetragen, so dass dadurch die Effizienz der Schraubenpumpe reduziert wird. Ein für die jeweilige Anwendung angepasster

Stelldruck des Druckfluids kann beispielsweise von der Aufnahme des Nutzbetriebs experimentell ermittelt und anschließend dauerhaft vorgegeben werden.

Um die für die Ausübung der Kompensationskraft zur

Verfügung stehenden Flächenbereiche möglichst gut ausnutzen zu können ist vorgesehen, dass auf gegenüberliegenden

Umfangsbereichen des Spindelrotors jeweils eine gleichgerichtete Kompensationskraft ausgeübt wird. Wenn beispielsweise die resultierende Querkraft in einem

Längsabschnitt des Spindelrotors in eine erste Richtung gerichtet ist, kann ein erster, geringer Stelldruck auf die dieser Richtung gegenüberliegende Dichtfläche ausgeübt werden, so dass aufgrund des geringeren Drucks der

Spindelrotor gegen die Querkraft zurückgezogen wird, und auf eine in dieser Richtung liegende Dichtfläche ein zweiter Stelldruck ausgeübt werden, der höher als der in der Kammer herrschende Druck ist und eine der Querkraft entgegenwirkende Kompensationskraft erzeugt. Durch die an gegenüberliegenden Umfangsbereichen erzeugten

Kompensationskräfte kann eine hohe resultierende Gegenkraft erzeugt werden, die innerhalb weiter Betriebsparameterbereiche die dabei auftretenden Querkräfte kompensieren kann .

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass als Druckfluid das

Fördermedium verwendet wird. In diesem Fall können der Saugraum und der Druckraum jeweils als Reservoir für das Druckfluid verwendet werden. Die in dem Saugraum und in dem Druckraum jeweils herrschenden Drücke können in einfacher Weise unmittelbar als Stelldruck verwendet werden, um jeweils einen den Querkräften entgegenwirkenden Druck auf die Dichtflächen der Trennwände der Rotationsspindel aus zuüben .

Die Erfindung betrifft auch eine Schraubenpumpe mit

mindestens zwei in einem Fördergehäuse zwischen einem

Saugraum und einem Druckraum drehbar gelagerten und

kammerbildend ineinander greifenden Spindelrotoren, die bei einer gekoppelten gegenläufigen Drehbewegung ein

fließfähiges Fördermedium von dem Saugraum zu dem Druckraum fördern können, wobei mindestens ein Spindelrotor eine gewindeförmige Profilierung mit schraubenförmigen Kanälen und mit die Kanäle begrenzenden Trennwänden aufweist, und die Trennwände jeweils eine an einer Innenwand des

Fördergehäuses entlanggleitende Dichtfläche aufweisen. Eine derartige Schraubenpumpe wird beispielsweise in DE 727 434 oder in US 3,291,061 beschrieben.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem den

Spindelrotor mit einer gewindeförmigen Profilierung mit Trennwänden und Dichtflächen umgebenden Bereich des

Fördergehäuses mehrere in Längsrichtung beabstandet

zueinander angeordnete Kompensationsöffnungen für ein

Druckfluid ausgebildet sind, und dass die mehreren

Kompensationsöffnungen mit einem ersten Reservoir für das Druckfluid verbunden sind, sodass das Druckfluid an den mehreren Kompensationsöffnungen mit einem durch einen Druck in dem Reservoir vorgegebenen ersten Stelldruck ansteht.

Es sind Schraubenpumpen mit zwei Spindelrotoren bekannt, bei denen jeder Spindelrotor eine sehr ähnliche

Profilierung mit Trennwänden und breiten Dichtflächen aufweist. Es sind auch Schraubenpumpen bekannt, bei denen einer der beiden Spindelrotoren lediglich sehr dünne

Trennwände aufweist, bei denen kaum Dichtflächen

ausgebildet sind, die für eine Druckübertragung des

Druckfluids auf Kompensationsöffnungen geeignet sind.

Sofern beide Spindelrotoren eine ähnliche Profilierung aufweisen, beziehungsweise gleichermaßen geeignet sind, können an beiden Spindelrotoren Kompensationsöffnungen in geeigneter Weise angeordnet werden. Sofern lediglich ein Spindelrotor eine Profilierung mit Trennwänden mit

ausreichend breiten Dichtflächen aufweist, sollten die Kompensationsöffnungen überwiegend oder ausschließlich im Bereich dieses Spindelrotors angeordnet sein.

Es sind auch Schraubenpumpen mit einem zentralen

Spindelrotor und zwei mit zwei weiteren, gegenüber liegend angeordneten Spindelrotoren bekannt. Bei einer derartigen Ausgestaltung einer Schraubenpumpe wirken auf den zentralen Spindelrotor keine nennenswerten Querkräfte. Die

Kompensationsöffnungen sollten deshalb im Wesentlichen oder ausschließlich an den beiden außenliegenden Spindelrotoren angeordnet sein, um die dort auftretenden Querkräfte kompensieren zu können.

Durch die Anordnung und Ausgestaltung der einzelnen

Kompensationsöffnungen, die mit dem ersten Stelldruck gespeist werden, kann erreicht werden, dass das an allen Kompensationsöffnungen mit einem vorgegebenen ersten

Stelldruck anstehende Druckfluid jeweils eine betragsmäßig übereinstimmende Kompensationskraft auf den jeweiligen Achsabschnitt des Spindelrotors ausübt. Um möglichst große Bereiche der Dichtflächen zur Erzeugung einer resultierenden Gegenkraft ausnutzen zu können ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein zweites Reservoir für das Druckfluid vorgesehen ist, durch das ein zweiter

Stelldruck vorgegeben werden kann, und dass eine erste Anzahl von ersten Kompensationsöffnungen mit dem ersten Reservoir und eine zweite Anzahl von zweiten

Kompensationsöffnungen mit dem zweiten Reservoir verbunden ist, wobei die zweiten Kompensationsöffnungen längs eines Umfangs des Spindelrotors den ersten Kompensationsöffnungen gegenüberliegend angeordnet sind. Um die von den einzelnen Kammern auf die Spindelrotoren ausgeübten Querkräfte möglichst gut kompensieren zu können kann aus einer der Querkraft entgegengesetzten Richtung durch das Anlegen eines Unterdrucks gezogen und an einem gegenüberliegenden Bereich mit einem hohen Überdruck der Querkraft

entgegengewirkt werden. Auf diese Weise kann die eine einzelne Kammer umgebende Dichtfläche der angrenzenden Trennwandabschnitte besser zur Erzeugung von

Kompensationskräften ausgenutzt werden.

Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass der erste Stelldruck und gegebenenfalls der zweite Stelldruck jeweils durch eine Stelldruckpumpe vorgegeben sind. Mit der Stelldruckpumpe können der erste Stelldruck und der zweite Stelldruck unabhängig von den in der Schraubenpumpe herrschenden Druckverhältnissen nahezu beliebig vorgegeben werden. Die mit dem Druckfluid auf die Dichtflächen der Spindelrotoren ausgeübten Drücke können beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Viskosität des Fördermediums sowie in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem Saugraum und dem Druckraum so vorgegeben werden, dass die auftretenden Querkräfte

weitestgehend, beziehungsweise vollständig kompensiert werden. Zudem kann die Gleitreibung der Dichtflächen entlang der Innenseite des Fördergehäuses reduziert werden, um einen möglichst effizienten Betrieb der Schraubenpumpe zu gewährleisten. Um eine geregelte Vorgabe des Stelldrucks zu ermöglichen ist vorgesehen, dass die Schraubenpumpe einen Drucksensor aufweist. Der Drucksensor kann in Abhängigkeit von der angestrebten Stelldruckregelung beispielsweise in dem

Saugraum, in dem Druckraum oder aber längs des

Spindelrotors an einem beliebigen Punkt der Umfangsfläche angeordnet sein. Es ist ebenfalls denkbar, mehrere

Drucksensoren beabstandet voneinander anzuordnen und zu verwenden .

Wenn das Fördergehäuse konstruktiv möglichst wenig

verändert werden soll, kann vorgesehen sein, dass die

Kompensationsöffnungen über außerhalb des Fördergehäuses verlaufende Verbindungsleitungen mit dem ersten Reservoir, beziehungsweise gegebenenfalls mit dem zweiten Reservoir verbunden sind. Die an der Innenseite des Fördergehäuses angeordneten Kompensationsöffnungen müssen lediglich über Bohrungen mit einer Außenseite des Fördergehäuses verbunden werden, um eine Anbringung der Verbindungskanäle und eine Verbindung mit den eventuell ebenfalls außerhalb des

Fördergehäuses angeordneten Reservoiren zu ermöglichen.

Es ist ebenfalls denkbar, dass die Kompensationsöffnungen über in dem Fördergehäuse verlaufende Verbindungskanäle mit dem ersten Reservoir, beziehungsweise gegebenenfalls mit dem zweiten Reservoir verbunden sind. Auf diese Weise ist eine besonders kompakte Ausgestaltung der Schraubenpumpe möglich. Zudem können das erste Reservoir und gegebenenfalls das zweite Reservoir für das Druckfluid ebenfalls innerhalb des Fördergehäuses angeordnet sein und kurze Wegstrecken für die Verbindungskanäle erreicht werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das erste Reservoir der Saugraum oder der Druckraum der Schraubenpumpe ist. Sofern ein zweites Reservoir vorgesehen ist, kann der jeweils andere Raum, nämlich der Druckraum bzw. der Saugraum, das zweite Reservoir bilden. Als Druckfluid kann dann in besonders einfacher und kostengünstiger Weise das

Fördermedium verwendet werden. Durch die Verwendung des Saugraums, beziehungsweise des Druckraums als Reservoir wird zudem ohne zusätzliche Steuerelemente oder

Stellglieder jeweils für eine Anzahl von Kompensations ¬ öffnungen der geeignete Stelldruck, nämlich der Druck in dem Saugraum oder der Druck in dem Druckraum, vorgegeben.

Um das Druckfluid über eine möglichst große Andruckfläche auf die Dichtflächen der Trennwandabschnitte der

Spindelrotoren angreifen zu lassen ist vorgesehen, dass die Kompensationsöffnungen jeweils eine helixabschnittsförmige bzw. gewindeabschnittsförmige Ausnehmung an der Innenseite des Fördergehäuses sind. Die Abmessungen, die Formgebung und die Anordnung der Ausnehmungen sind dabei

zweckmäßigerweise an die gewindeförmige Profilierung der Spindelrotoren und insbesondere an die Abmessungen und den Verlauf der Dichtflächen angepasst.

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass sich die

Kompensationsöffnungen in Umfangsrichtung über mehr als Prozent, vorzugsweise um mehr als 50 Prozent und

insbesondere vorzugsweise um mehr als 55 Prozent des

Umfangs eines Spindelrotors erstrecken. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des

Erfindungsgedankens näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Spindelrotors, bei dem sich während des Betriebs an gegenüber liegenden Seiten, die willkürlich als Unterseite und als Oberseite bezeichnet sind, unterschiedliche Druckverhältnisse

einstellen, die in einem Diagramm schematisch dargestellt sind,

Fig. 2 ein in einem umgebenden Fördergehäuse gelagerter Spindelrotor, bei dem in axialer Richtung beabstandet mehrere Kompensationsöffnungen angeordnet sind, die über Verbindungsleitungen mit jeweils einem Reservoir in

Verbindung stehen,

Fig. 3 eine Ansicht eines Spindelrotors gemäß Fig. 1, wobei die über die Kompensationsöffnungen ausgeübten Drücke und die dadurch erzeugten Kompensationskräfte schematisch dargestellt sind,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Schraubenpumpe mit mehreren Kompensationsöffnungen, wobei ein den

Kompensationsöffnungen zugeführtes Druckfluid mit einer gesonderten Stelldruckpumpe auf einen vorgebbaren

Stelldruck beaufschlagt wird, und

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Schraubenpumpe mit drei koaxial gelagerten Spindelrotoren, wobei in einer Schnittansicht der projizierte Verlauf der

Kompensationsöffnungen angedeutet ist. In Fig. 1 ist schematisch ein Spindelrotor 1 dargestellt, der an einem ersten Ende 2 mit einem nicht näher

dargestellten Saugraum 3 und an einem zweiten Ende 4 mit einem ebenfalls nicht näher dargestellten Druckraum 5 in Verbindung steht. Der in dem Saugraum 3 herrschende Druck p E i n ist kleiner als der in dem Druckraum 5 herrschende Druck PAUS-

Der Spindelrotor 1 weist eine schraubenförmige Profilierung mit zwei Kanälen 6 auf, die durch eine Trennwand 7

voneinander getrennt schraubenförmig in Förderrichtung längs des Spindelrotors 1 verlaufen. Die Trennwände 7 weisen eine entlang eines Umfangs des Spindelrotors 1 eben verlaufende Dichtfläche 8 auf, die an einer Innenseite 9 eines den Spindelrotor 1 umgebenden Fördergehäuses 10 entlang gleitet und benachbarte Kammern Kl, K2 und K3 voneinander trennt. Innerhalb einzelner Kammern Kl, K2, K3 herrschen jeweils konstante Druckverhältnisse, wobei der in den einzelnen Kammern Kl, K2, K3 herrschende Druck in

Förderrichtung kontinuierlich zunimmt.

Da bei einem vorgegebenen axialen Abstand, beispielsweise von dem Saugraum 3 aus an einer als Oberseite bezeichneten Seite 11 des Spindelrotors 1 noch die erste Kammer Kl anliegt, während an einer als Unterseite bezeichneten Seite 12 mit gleichem axialen Abstand zu dem Saugraum 3 bereits die in axialer Richtung nachfolgende Kammer K2 mit der umgebenden Innenwand 9 des Fördergehäuses 10 in Verbindung steht, wirken in Umfangsrichtung bei einem vorgegebenen Abstand zu dem Saugraum 3 unterschiedliche Drücke auf den jeweiligen Innenwandbereich der Oberseite 6 bzw. der Unterseite 7. Durch die unterschiedlichen Druckverhältnisse wird eine resultierende Querkraft L erzeugt, die für jede Kammer Kl, K2 und K3 gleichgerichtet ist und eine in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Richtung der Oberseite 11 gerichtete Verlagerung des Spindelrotors 1 bewirken würde, falls diese Querkräfte L nicht kompensiert werden.

Um die Querkräfte kompensieren zu können, ist

erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem in Fig. 2

dargestellten Fördergehäuse 10 an der dem Spindelrotor 1 zugewandten Innenseite 9 mehrere in axialer Richtung beabstandete Kompensationsöffnungen 13, 14, 15, 16

ausgebildet sind. Jede Kompensationsöffnung 13, 14, 15, 16 steht über eine zugeordnete Verbindungsleitung 17, 18, 19, 20 mit einem ersten Reservoir 21 oder mit einem zweiten

Reservoir 22 druckgleich in Verbindung. Das erste Reservoir 21 entspricht dem Saugraum 3, bzw. steht druckgleich mit dem Saugraum 3 in Verbindung. Das zweite Reservoir 22 entspricht dem Druckraum 5, bzw. steht druckgleich mit dem Druckraum 5 in Verbindung.

Durch die Verbindungsleitungen 17, 18, 19, 20 wird das mit dem Spindelrotor 1 geförderte Fördermedium zu den

Kompensationsöffnungen 13, 14, 15, 16 gefördert, wobei jeweils der durch das erste Reservoir 21 bzw. durch das zweite Reservoir 22 vorgegebene Stelldruck ansteht.

Die Verbindungsleitungen 17, 18, 19, 20 weisen jeweils lediglich schematisch dargestellte Eintrittsöffnungen 23, 24, 25, 26 für das Fördermedium auf, das als Druckfluid verwendet wird. Die Eintrittsöffnungen 24, 25 sind in axialer Richtung derart angeordnet, dass während eines Betriebs, bzw. während einer Umdrehung des Spindelrotors 1 in diejenigen Verbindungsleitungen 17, 19 Fördermittel eingepresst, bzw. aus diesen herausgezogen werden kann, bei denen die entsprechende Kompensationsöffnung 13, 15 von einer Dichtfläche (18) überdeckt wird. Verbindungsleitungen 18, 20, die bei der in Fig. 2 exemplarischen Drehstellung des Spindelrotors 1 zu Kompensationsöffnungen 14, 16 führen, die in eine Kammer Kl, K2 oder K3 münden, weisen Eintrittsöffnungen 23, 26 auf, die von einer Dichtfläche 8 bedeckt und damit verschlossen sind. Auf diese Weise kann eine drehwinkelsynchrone Freigabe oder Verschließung der einzelnen Verbindungsleitungen 17, 18, 19, 20 und damit eine gezielte Druckbeaufschlagung an den einzelnen

Kompensationsöffnungen 13, 14, 15, 16 erzeugt werden.

Wenn die erfindungsgemäße Kompensation der maßgeblich durch die einzelnen Kammern erzeugten Querkräfte durchgeführt wird und die Kompensationsöffnungen 13, 14, 15, 16 in geeigneter Weise mit einem stauraumseitig bzw.

druckraumseitig vorgegebenen Stelldruck beaufschlagt werden, stellen sich näherungsweise die in Fig. 3

schematisch dargestellten Druckverhältnisse an der

Oberseite 11, bzw. an der Unterseite 12 ein. Der an der Oberseite 11 erzeugte radial nach außen wirkende Druck ist trotz der Kompensation nicht deckungsgleich mit dem an der Unterseite 12 erzeugten Druck. Auf Grund der an einem bestimmten Punkt in Förderrichtung bestehenden

Druckdifferenz überwiegt entweder Querkraft L oder in einem geringen Abstand dazu die entgegengesetzt gerichtete

Gegenkraft K. Die Kompensationskräfte, bzw. die

resultierende Gegenkraft K können durch eine geeignete Ausgestaltung, Anordnung und Druckbeaufschlagung der Kompensationsöffnungen 13, 14, 15, 16 so dimensioniert werden, dass die Gegenkraft K die Querkraft L über eine Gewindesteigung des schraubenförmigen Profils hinweg aufhebt und kompensiert. Für jeden aufeinanderfolgenden Abschnitt in Längsrichtung kompensieren sich die einzelnen Querkräfte L und Gegenkräfte K, so dass sowohl bei einer Mittelung über die gesamte Erstreckung des Spindelrotors 1 hinweg als auch bei einer Mittelung über einzelne

Gewindesteigungen hinweg keine nennenswerten Querkräfte L unkompensiert verbleiben, die eine Verlagerung oder

bereichsweise Verformung des Spindelrotors 1 bewirken könnten .

In der schematischen Diagrammdarstellung in Fig. 3 wird dies dadurch zum Ausdruck gebracht, dass jeweils

benachbarte Differenzflächen (zwei benachbarte

Differenzflächen 27, 28 sind exemplarisch kreuzschraffiert gekennzeichnet) näherungsweise einen identisch

übereinstimmenden Flächeninhalt aufweisen. Der

Flächeninhalt der Differenzflächen, die den Gegenkräften K zugeordnet sind, können durch eine Vorgabe des Stelldrucks und durch die Anordnung und Ausgestaltung der

Kompensationsöffnungen 13, 14, 15, 16 über weite Bereiche hinweg vorgegeben werden, so dass eine Anpassung an die räumlich benachbart auftretenden Querkräfte L möglich ist.

In Fig. 4 ist schematisch eine Druckbeaufschlagung der einzelnen Versorgungsleitungen 17 und 19 mit jeweils einer zugeordneten Stelldruckpumpe 29 dargestellt. Durch die Stelldruckpumpe 29 kann der an den Kompensationsöffnungen 13, 14, 15, 16 erzeugte Stelldruck nahezu beliebig

vorgegeben werden. Als Druckfluid kommt auch in diesem Fall das Fördermittel zum Einsatz, wobei stauraumseitig jeweils ein kleiner Zustrom abgezweigt und über die

Stelldruckpumpen 29 den Verbindungsleitungen 17 und 19 zugeführt wird.

In Fig. 5 ist schematisch eine quer zur Förderrichtung geschnittene Darstellung einer Schraubenpumpe mit einem zentralen Spindelrotor 30 und zwei gegenüberliegend angeordneten Spindelrotoren 1 dargestellt. Auf den

zentralen Spindelrotor 30 wirken keine nennenswerten

Querkräfte ein, so dass keine Kompensation notwendig ist. Die beiden außen liegenden Spindelrotoren 1 weisen an der Innenseite 9 des umgebenden Fördergehäuses 10

Kompensationsöffnungen 13, 14 15, 16 auf. Die einzelnen schlitzförmigen ausgebildet und gewindeabschnittsförmig angeordneten Kompensationsöffnungen 13, 14, 15, 16

erstrecken sich jeweils über etwas mehr als 25 % des

Umfangs des Spindelrotors 1. Eine Projektion der

Kompensationsöffnungen 13, 14, 15, 16 auf die in Fig. 5 gezeigte Schnittebene ist jeweils gestrichelt dargestellt.