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Schraubenpumpe Die Erfindung bezieht sich auf solche Schraubenpumpen,
die aus einer Antriebsschraube mit im radialen Querschnitt konvexen Gewindeflanken
und zwei oder mehreren symmetrisch um die Antriebsschraube angeordneten Seitenschrauben
mit im radialen Querschnitt konkaven Gewindeflanken bestehen und bei denen die Gewinde
eine solche Form haben, daß sie gegen die Außenkanten zusammenwirkender Schrauben
abdichten, wobei sämtliche Schrauben von einem Gehäuse dicht umschlossen sind.
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Bisher paßte man, um eine praktisch verlustfrei arbeitende Pumpe dieser
Art zu erhalten, die Gewindeanzahl der Antriebsschraube und die Anzahl sowie die
Gewindeanzahl der Seitenschrauben einander so an, daß in keiner Arbeitslage der
Pumpe ein sich vom Auslaß zum Einlaß erstreckender offener Gewindekanal entsteht.
Dies hat man verwirklicht, indem die Gewindeanzahl G der Mittelschraube gleich dem
Produkt aus der Seitenschraubenanzahl n und deren Gewindeanzahl g, vermindert um
die Seitenschraubenanzahl n, gemacht worden ist (G = n - g - n).
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Die am Einlaß der Pumpe zugeführte Flüssigkeit wird hierbei in geschlossenen
Gewindekammern vom Einlaß zum Auslaß mit einem während des gesamten Transportes
unveränderten Volumen und mit dem am Einlaß herrschenden Druck gefördert, um erst
am Auslaß den in diesem herrschenden erhöhten Druck anzunehmen.
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Derartige Pumpen haben eine sehr große Anwendung gefunden, und zwar
besonders zum Pumpen von Öl, Wasser u. dgl. Wenn indessen die Flüssigkeit Luft,
Gas oder leicht vergasende Bestandteile enthält, entstehen gewisse Schwierigkeiten,
da die Pumpe dann nicht länger leise arbeitet, sondern kräftigen Vibrationen ausgesetzt
wird, die so stark werden können, daß Gefahr für die Betriebssicherheit der Pumpe
vorliegt.
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Dies beruht darauf, daß die Pumpe an der Einlaßseite mit einem Unterdruck
arbeitet, der das Abscheiden von Luft oder Gas aus der eingesaugten Flüssigkeit
zuläßt, so daß während des Transportes der Flüssigkeit vom Einlaß zum Auslaß die
geschlossene, in ihrem Volumen unveränderte Gewindegangkammer eine unter niedrigem
Druck stehende Mischung aus Flüssigkeit und Luft enthält, die erst am Auslaß einer
plötzlichen Kompression und Drucksteigerung ausgesetzt wird, die dem am Auslaß herrschenden
Druck entspricht. Diese plötzliche Steigerung des Druckes gibt zu einer Schlagwirkung
Anlaß, die sich jedesmal dann wiederholt, wenn eine Kammer durch Verbindung mit
dem Auslaß geöffnet wird.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man vorgeschlagen, die Schraubenpumpe
mit einer besonderen Speisepumpe zu kombinieren, die die Flüssigkeit der Einlaßseite
der Schraubenpumpe mit einem erhöhten Druck zuführt, der ausreichend groß ist, um
eine Luftabscheidung aus der Flüssigkeit bei deren Förderung durch die Schraubenpumpe
zu verhindern. Eine derartige Anordnung bringt indessen eine wesentliche Verteuerung
und Komplizierung der Pumpenanlage mit sich.
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Erfindungsgemäß wird der oben angegebene Nachteil in anderer Weise
dadurch beseitigt, daß man von einem Transport der Flüssigkeit durch die Schraubenpumpe
mittels geschlossener, in ihrem Volumen unveränderter Gewindegangkammern absieht.
Statt dessen ist für die Schraubenpumpe gemäß der Erfindung kennzeichnend, daß zur
Vermeidung der Druckstöße an der Auslaßseite ein einziger von der Einlaßseite der
Pumpe zu ihrer Auslaßseite durch sämtliche Gewindegänge sich schlingender Durchgang
vorgesehen ist, indem die Gewindegangzahl G der Antriebsschraube minus dem Produkt
n - g aus der Anzahl n der Seitenschrauben und deren Gewindegangzahl
g plus der Anzahl n der Seitenschrauben gleich ± 1 ist (G - n - g +,n
= ± 1) und indem die Mindestwirklänge L, längs welcher die Schrauben
sich im Eingriff befinden und von dem Gehäuse umschlossen sind, gleich dem Produkt
aus der Gesamtzahl der Gänge N und dem axialen Abstand zweier benachbarter Schraubengänge
der Antriebsschraube P, dividiert durch die Anzahl der Seitenschrauben n, plus der
axialen Breite der Kopffläche der Antriebsschraubengänge 9T ist
Eine derartige Pumpe arbeitet nicht so zwangläufig, wie wenn die Flüssigkeit durch
geschlossene, in ihrem
Volumen unveränderte Gewzndegangskammern
gefördert wird, und man sollte glauben, daß eine derartige Schraubenpumpe unanwendbar
wäre. Da indessen die Gewindeanzahl der Mittelschraube und die Anzahl und Gewindeanzahl
der Seitenschrauben so gewählt sind, daß nur eine einzige, durch die Gewindegänge
sämtlicher Schrauben gehende Passage gebildet wird, erhält man einen so langen Kanal,
daß die Flüssigkeit durch die dynamische Wirkung der Schraubengewinde unter Aufrechterhaltung
einer erstaunlich großen Kapazität der Pumpe gefördert wird, wodurch man gleichzeitig
die vorhergenannte Schlagwirkung an der Auslaßseite der Pumpe verhindert. In dem
langen, sich schlingenden Kanal, der in allen Arbeitslagen der Pumpe sowohl mit
dem Einlaß als auch mit dem Auslaß kommuniziert, erfolgt die Kompression der Flüssigkeit
und der eventuell vorhandenen Luft kontinuierlich vom Einlaß zum Auslaß, so daß,
wenn die Flüssigkeit und die Luft an den Auslaß gelangen, sowohl die Flüssigkeit
als auch die Luft bereits den am Auslaß herrschenden Druck besitzen. Eine plötzliche
Erhöhung des Druckes erfolgt somit nicht an der Auslaßseite der Pumpe.
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Die Erfindung läßt sich in besonders vorteilhafter Weise durch Anwendung
einer zweigängigen Mittelschraube und dreier symmetrisch verteilter zweigängiger
Seitenschrauben verwirklichen.
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Hierbei erhält man ebenfalls eine einzige durchgehende und sich schlingende
Passage von der Einlaßseite der Pumpe zu ihrer Auslaßseite.
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Sollte man beispielsweise vier zweigängige Seitenschrauben und eine
zweigängige Mittelschraube wählen, so wird die Formel G - n . g + ia
= - 2, was bedeutet, daß man nicht nur zwei getrennte parallele Kanäle erhält,
sondern daß auch j eder dieser Kanäle in entsprechendem Grad kürzer wird, wobei
der dynamische Wirkungsgrad der Pumpe dadurch so niedrig wird, daß der mit der allmählichen
Kompression der Flüssigkeit erstrebte Vorteil sich nicht länger ausnützen läßt.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht,
bei der eine zweigängige Mittelschraube und drei zweigängige Seitenschrauben vorhanden
sind.
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Fig.1 verdeutlicht die Pumpe in axialem Schnitt nach der Linie 1-I
der Fig. 2, während Fig.2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 und
Fig. 3 ein Diagramm zeigt, das klarlegt, wie der freie Durchlaßkanal verläuft.
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In Fig. 1 und 2 bezeichnen 2 und 4 zwei miteinander verbundene Teile
des Pumpengehäuses, das mittels des Flansches 6 das die Schrauben
10, 30, 32 und 34 dicht umschließende Futter 8 festhält. Die Schraube
10 stellt die Antriebsschraube dar und ist für diesen Zweck mit einer Antriebsachse
14 verbunden, die in einem Lager 16 gelagert ist. Mit 20 ist die Auslaß-
oder Druckkammer der Pumpe bezeichnet, die mit dem Auslaß 22 kommuniziert, während
mit 26 der Einlaß bezeichnet ist, der mit der Einlaßkammer 24 kommuniziert. Mit
28 ist die für die Antriebsschraube 10 bestimmte Bohrung im Futter
8
bezeichnet, während die Seitenschrauben 30, 32 und 34 in den um die Bohrung
28 angebrachten Bohrungen liegen. Die Seitenschrauben ruhen mit ihrem unteren Ende
auf Tragflächen 36 am Boden des Pumpengehäuses auf, in dem auch das untere Ende
der Antriebsschraube 10
mittels eines Zapfens 12 gelagert ist. Wie aus der
Zeichnung hervorgeht, ist die Antriebsschraube 10 zweigängig und mit im radialen
Querschnitt konvexen Gewindeflanken ausgebildet, während die ebenfalls zweigängigen
Seitenschrauben 30, 32 und 34 im radialen Querschnitt konkave Gewindenuten besitzen.
Um das Zusammenwirken der Seitenschrauben mit der 'Mittelschraube zu ermöglichen,
sind die erstgenannten Schrauben mit Gewinden versehen, die den Gewinden der Antriebsschraube
in bei Schraubenpumpen an sich üblicher Weise entgegengerichtet sind.
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Das in Fig. 3 gezeigte Diagramm ist dazu bestimmt, zu veranschaulichen,
wie der Durchströmkanal nach der Erfindung gebildet wird, und stellt einen ausgebreiteten
Schnitt durch Fig.2 längs einer Fläche dar, die unmittelbar innerhalb des Umfanges
der Schrauben von Punkt X1 außen um die Seitenschraube 32 zum Punkt X2 und von diesem
zum Punkt X, um die Antriebsschraube 10 und dann um die Seitenschraube 30 zum Punkt
X4 sowie von dort um die Antriebsschraube 10 zum Punkt X5 und dann um die
Seitenschraube 34 zum Punkt Xe und schließlich um die Antriebsschraube
10 zurück zum Punkt X1 verläuft. Die Teilschnitte durch die Antriebsschraube
sind dabei mit M und die Schnitte durch die Seitenschrauben mit S32, Sao bzw. S3,
bezeichnet.
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Nimmt man an, daß die Antriebsschraube 10 in der Richtung des Pfeiles
der Fig. 3 gedreht wird, so befindet sich der Einlaß der Pumpe am unteren Teil der
Fig. 3, während der Auslaß am oberen Teil liegt. Aus Fig. 3 ergibt sich dann, daß
man einen durchgehenden, vom Auslaß zum Einlaß offenen Gewindegangkanal erhält,
da der mit gestrichelten Linien angedeutete Strömungsweg für jede Umdrehung in den
vorhergehenden bzw. nachfolgenden Gewindegang der Schrauben übergeht, wie die Punkte
A und B zeigen. Aus dem Diagramm ergibt sich somit, daß man, wenn
die Gewindeanzahl und die Anzahl der Schrauben in Übereinstimmung mit der Erfindung
gewählt sind, unabhängig von der Schraubenlänge eine einzige, vom Auslaß zum Einlaß
gehende offene Passage erhält, die sich indessen so schlingt, daß die Pumpe hierdurch
eine dynamische Wirkung ausübt, die, wenn man den Schrauben eine ausreichende Länge
gibt, imstande ist, einen kontinuierlich zunehmenden Druck zu erzeugen.
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Was die Schraubenlänge betrifft, so ist hiermit die Länge gemeint,
längs der sich die Schrauben im Eingriff miteinander befinden und vom Futter umschlossen
sind. Zwecks Erhaltung einer ausreichenden Länge ist es erforderlich, und zwar unter
der Voraussetzung, daß die Seitenschrauben symmetrisch um die Antriebsschraube angeordnet
sind, daß die Flüssigkeit eine ganze Umdrehung um die Antriebsschraube strömen kann.
In diesem Falle kann die Mindestlänge durch die Formel
angegeben werden, wobei P der axiale Abstand zweier benachbarter Schraubengänge
der Antriebsschraube und W die axiale Breite der Kopffläche eines Antriebsschraubenganges
(s. Fig. 1), N die Gesamtzahl der Gewindegänge und n die Anzahl der Seitenschrauben
ist. Wenn die Länge L geringer als dieser Wert ist, kann es geschehen, daß in gewissen
Arbeitslagen der Schrauben eine Gewindegangverbindung zwischen dem Auslaß und dem
Einlaß entsteht, bei der die Flüssigkeit weniger als eine ganze Umdrehung um die
Antriebsschraube strömt. Dies ist unzweckmäßig, da hierdurch nicht wünschenswerte
Druckpulsationen entstehen können.
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Für die in der Zeichnung veranschaulichte Pumpe mit einer zweigängigen
Antriebsschraube und drei zweigängigen Seitenschrauben wird die geringste wirksame
Länge in Übereinstimmung mit dem, was oben angegeben ist, gleich
Die Anwendung dreier symmetrisch verteilter zweigängiger Seitenschrauben und einer
zweigängigen Antriebsschraube bedeutet einen ganz speziellen Vorteil,
da
man, wie die Erfahrung gezeigt hat, hierdurch eine besonders gleichmäßige Pumpenwirkung
erhält.