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Schraubenpumpe mit zwei miteinander in Eingriff befindlichen im Gleichsinn rotierenden zylindrischen Schraubengewindekörpern
Die Erfindung betrifft eine Schraubenpumpe mit zwei miteinander in Eingriff befindlichen im Gleichsinn rotierenden zylindrischen Schraubengewindekörpern. Pumpen dieser Art eignen sich zum Fördern von festen, körnigen, faserigen und dickflüssigen Suspensionen in Druckmedien und können weiterhin als Schraubenförderer zum Befördern von klebrigen, breiigen, körnigen u. ähnl. Suspensionen verwendet werden.
Es sind verschiedene Pumpenarten bekannt, die zum Befördern oder zur Forderung von Suspensionen mit festen Beimischungen, von dickflüssigen, breiigen, körnigen oder klebrigen Materialien dienen. In der Regel können dabei für bestimmte geschöpfte Medien nur dazu geeignete Pumpenarten verwendet werden. So ermöglichen zentrifugale Schlammpumpe das Schöpfen von Suspensionen mit festen Beimischungen, eignen sich jedoch nur für niedrige Drücke und können nicht zum Schöpfen von breiigen Suspensionen verwendet werden. Kolbenpumpen mit geradlinige : Kolbenbewegung haben im allgemeinen Nachteile der Kolbenpumpen, Taschenpumpen haben Nachteile in der Abdichtung von Zahnrädern als Ausschürelement, das jedoch ein Mitrotieren der beförderten Substanz mit der Schraubspindel verhindert.
Es sind auch Einspindelpumpen mit niedriger Leistung im Betrieb, bei denen wegen ungünstigen Betriebsbedingungen bei Schraubspindeln grosser Dimensionen noch keine Erweiterung der Produktion auf grössere Typen stattgefunden hat. Weiterhin sind Pumpen mit zwei oder mehr ineinandergreifenden und im Gleichsinn rotierenden Schraubspindeln bekannt, Schraubspindeln dieser Pumpen, die verschieden-
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solchen Fällen sehr ungenau, was auf den Volumennutzeffekt der Pumpen einen bedeutend ungünstigen Einfluss ausübt. Das Herstellungswerkzeug, so wie Messgeräte und Einrichtung zur Herstellung solcher präziser Schraubspindeln sind kompliziert und erfordern einen hohen Aufwand, besonders bei der Herstellung von Schraubspindeln mit komplizierten Rotationsformen.
So entstand das Problem, eine Neukonstruktion der Schraubenpumpen mit mehreren Schraubspin- deln, und insbesondere eine Neukonstruktion der Schraubspindeln mit optimalem Eingriff zu schaffen, deren Herstellung weniger kompliziert ist, zugleich aber eine vollendete Funktionsfähigkeit und unter gegebenen Bedingungen den maximalen erreichbaren Volumennutzeffekt der Erzeugnisse sichert. Die Erfindung löst dieses Problem und beseitigt die angeführten Nachteile und Mängel bekannter Ausführungen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass der Kern des Schraubgewindekörpers, der sich durch die Rotation de : Berührungslinie um die Achse der entsprechenden Schraubspindel ergibt, wie an sich bekannt, von einem PDtationshyperpoloid begrenzt ist.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen an Hand einiger Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Fig. 1 ist der Aufriss und Fig. 2 der Grundriss gleicher windschief angeordneter zylindrischer Schraubspindeln mit parallelen Rotationsachsen im Grundriss, Fig. 3 ist der Aufriss im Teilschnitt und Fig. 4 de : Grundriss
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ist demzufolge nicht konstant, so dass sich in der Axialrichtung auch der Gewindekammerumfang ändert. Bei dem Schöpfen erfolgt ein Abdichten durch Gegendruck, denn die Flüssigkeit spritzt infolge ihrer Unverdichtbarkeit durch die Spielräume hindurch.
Die theoretische Begrünung der Wechselbeziehung zwischen dem Gewindesteigungswinkel ct, der Eingriffstiefe-b-und dem Neigungswinkel ss der Rotationsachsen --1, 2-- ist in Fig. 5 skizziert. In der HaJsebene --14-- bildet die Verbindungslinie zwischen den Punkten-Ai, Bi-mit dem Mittelpunkt --01-- einen Zentriwinkel'Pt welcher der Ein- griffstiefe-b-- oder der Durchschnittshöhe des Eingriffs-a-- entspricht.
Die Gerade-p--, welche die Schraubenlinie der einen Schraubspindel --3-- in den Punkten-A, B-schneidet, welche von der Schraubenlinie der im Eingriff stehenden Schraubspindel-4-durchquert wird, hat eine Projektion - p.-mit den Punkten-A., B.-, inderQuerschnittsebene, d. h. in der Halsebene-14-- und bildet mit ihm den Winkel cul. Dabei gilt die Beziehung
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oder, wenn die Beziehung durch arc ausgedrückt wird :
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wo a der Steigungswinkel der Zahn- bzw. Schneidewindung des Gewindefräsers --15-- als Werkzeug zur Herstellung von erwähnten Gewindenuten ist. Bei gleichen im Eingriff stehenden zylindrischen Schraubspindein --3,4-- gleicht der Neigungswinkel ss der Rotationsachsen --1, 2-- dem doppelten Betrag des Winkels a'.
Bei zylindrischen Schraubspindeln mit verschieden grossen Durchmessern ist der Neigungswinkel ss der Rotationsachsen --1, 2-- durch folgende Beziehung gegeben :
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wo Cl I der Winkel zwischen der Geraden p und deren Projektion 1'1 in der Halsebene --14-- für die
Schraubspindel miteinem Durchmesser und all ein ähnlicher, für die Schraubspindel mit einem andern
Durchmesser aufgestellter Neigungswinkel ist.
Der Eingriffsbereich zweier gleicher synchron im Gleichsinn rotierender windschief angeordneter zylindrischer Schraubspindeln im Schnitt werden zum Teil in den Fig. 8 bis 12 veranschaulicht. Wie ersichtlich, kann kein exakter hermetischer Eingriff beider Schraubspindeln --3, 4-- erreicht werden, denn sie bilden linsenförmige Spalte, die jedoch das Minima1ste darstellen, was in diesem bestimmten Fall erreicht werden kann. Dies bedeutet, dass die so ausgeführten Schraubspindeln --3, 4-- den optimalen Eingriff haben. Diese Spalte verschlechtert zum Teil die Druckeigenschaften der Pumpe, sind jedoch in bezug auf Reibung günstig und notwendig.
Die Fig. 13 ergänzt die Theorie der einzelnen geschilderten Systeme der ineinandergreifenden windschief angeordneten synchron im gleichen Drehsinn rotierenden zylindrischen Schraubspindeln--3, 4-mit optimalem Eingriff. Die Gewindenuten werden, wie ersichtlich, infolge gegenseitigen"Schlitzens" der Gewindekopfflächen ineinandergreifender Schraubspindeln --3, 4-- gebildet. Das Gewindenutprofil, d. h. der Achsenschnitt bzw. Meridian einer jeden Schraubspindel --3, 4-- besteht aus zwei Seiten - 29, 30-und dem Boden --31--.
Die Seiten --29,30-- des Gewindenutprofilssind als Kreuzungspunkte --32-- der Schraubenlinien --33-- einzelner Punkte der Kanten --34, 35-- an der Gewindekopffläche --5-- der ineinandergreifenden Schraubspindeln, bzw. als ErzeugungskurvenmitderAchsen- schnittebene p gebildet. Die Gewindenutseiten --29, 30-- bilden demzufolge eine Schraubenfläche, eine Helikoide. Der Schraubenflächenumriss ist die Einhüllende der Projektionen aller Stellungen der Schraubenlinien, d. h. Kurvenbildende, bzw. Kanten der Gewindekopffläche--34--, gegebenenfalls die Einhüllende der Projektion von Schraubenlinien --33-- aller Punkte der Kurvenbildenden.
Der Profilboden --31-- wird als Achsenschnittumriss durch den Kern --12-- des Rotationskörpers, das durch Rotation der Berührungslinie --36-- als Erzeugungslinie um die Rotationsachse --2-- mit der Gewmdekopffläche --5-- der mit im Eingriff stehenden Schraubspindel --3-- gebildet.
Das Verschieben eines Punktes, beispielsweise des Punktes A, in Richtung Achse 2 ist dem Winkel seines gleichzeitigen Drehens um dieselbe Achse-2-- proportional und ist somit von der Achse der Schraubenbewegung unabhängig. Bei einem bestimmten Drehwinkel des schraubenden Gebildes, d. h. der Kante --34-- der Gewindekopffläche --5-- der mit im Eingriff stehenden Schraubspindel --3-- als
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Kurvenbildende, verrichten alle seine Punkte die gleiche Vorschubbewegung in Richtung Achse --2--, die dem Winkel w entspricht, um eine Länge Z w gemäss der Beziehung Zw =v . .
Damit z. B. der Punkt A infolge der genannten schraubenden Bewegung in die Achsenschnittebene IL gelangt, die mit der Hauptansicht parallel ist, muss er sich um einen bestimmten Winkel w A drehen,
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beider Bewegungen in der Hauptansicht bekommt man auch die Hauptansicht des Kreuzungspunktes A mit der Ebene IL. Da den Kanten --34-- der Gewindekopfflächen --5-- der mit im Eingriff stehenden Schraubspindel-3-aïs Erzeugùngskurve infolge der windschiefen Anordnung verschiedene Lagen inne sind, ist auch das Gewindenutprofil in axialer Richtung der Schraubspindel 3 verschieden. Anders ist dem bei den parallel angeordneten Schraubspindeln --3, 4--, wo das Gewindenutprofil konstant ist.
Infolge dieser geometrischen Lösung mit Hilfe der Methode der darstellenden Geometrie können Gewindenutprofile im Eingriff stehender Schraubspindeln beliebiger Formen und Anordnungen untersucht werden.
Der Gegenstand der Erfindung kann, wie bereits gesagt, zum Schöpfen und zur Beförderung verschiedener Suspensionen mit festen Beimischungen, dicker, breiiger, klebriger u. ähnl. Flüssigkeiten verwendet werden. Die bedeutendste Eigenschaft dieser Pumpen ist gemäss der Erfindung, dass es bei ihnen zu keinem Einsaugen der festen Teilchen in den Keilspalt zwischen den im Eingriff stehenden Schraubspindeln kommt, auch nicht bei deren gewaltsamen Hereinstecken in diese Spalten. Die Pumpe arbeitet ohne Ventile und ermöglicht es, die genannten Flüssigkeiten in Druckmedien zu schöpfen. Die Herstellung von Pumpenkörper und Schraubspindeln ist verhältnismässig einfach.