DE2033201B2

DE2033201B2 - Schraubenspindelmotor oder -pumpe

Info

Publication number: DE2033201B2
Application number: DE2033201A
Authority: DE
Inventors: H Volz
Original assignee: Allweiler AG
Current assignee: Allweiler GmbH
Priority date: 1970-07-04
Filing date: 1970-07-04
Publication date: 1978-06-01
Also published as: US3814557A; SE375830B; DE2033201C3; CH524068A; DE2033201A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Schraubenspindelmotor oder -pumpe für inkompressible Flüssigkeiter mit mindestens zwei parallelachsig angeordneten, ineinandergreifenden, zylindrischen Schraubenspindeln unterschiedlichen Durchmessers oder Gangzahlen des Schraubengewindes der ineinandergreifenden Schraubenspindeln, von denen zumindest eine dem Antrieb bzw. dem Abtrieb und zumindest eine der Abdichtung dient, und die von einem Gehäuseteil eng umschlossen sind, mit konstanter oder annähernd konstanter Verdrängung innerhalb des Arbeitsbereiches, indem das Produkt aus Förderfläche und Steigung in jedem Querschnitt des Arbeitsbereiches konstant oder annähernd konstant ist.

Eine derartige Schraubenspindelpumpe ist aus der DE-OS 14 03 881 bekannt. Diese Schraubenspindelpumpe besitzt über die gesamte Spindellänge einen konstant bleibenden Förderquerschnitt und eine konstant bleibende Steigung. Um einen großen spezifischen Flüssiglceitsdurchsatz, d. h. ein möglichst großes Fördervolumen pro Umdrehung zu erreichen, muß infolge dessen die Steigung und/oder der Förderquerschnitt groß gewählt werden. Aus verschleißtechnischen Gründen ist man in bezug auf den Förderquerschnitt an bestimmte Abmessungen des Schraubengewindeprofils gebunden.

Will man bei der Schraubenspindelpumpe gemäß der DE-OS 14 03 881 den Flüssigkeitsdurchsatz vergrößern, bleibt also nur die Möglichkeit übrig, die Steigung zu vergrößern. Der Vergrößerung der Steigung sind jedoch auch Grenzen gesetzt, weil mit zunehmender Steigung die Saugfähigkeit infolge der größeren Strömungsgeschwindigkeit in der Pumpe abnimmt. Bei gleichbleibender Spindellänge nimmt mit zunehmender Steigung weiter die Dichtungsgüte der ineinandergreifenden Verdrängerkörper ab, weil die Anzahl der durch die ineinandergreifenden Schraubengewinde gebildeten Förderkammern geringer wird. Ebenfalls geringer wird mit zunehmender Steigung die Druckbelastbarkeit der Pumpe, wenn nicht gleichzeitig mit der Steigung die Länge der Schraubenspindeln vergrößert wird.

Die geschilderten Auswirkungen ergeben sich auch im übertragenden Sinne, wenn die dargestellte Pumpe als Schraubenspindelmotor betrieben wird.

Aus der DE-PS 8 93 890 ist eine Schraubenspindelpumpe bekannt, deren Schraubenspindeln aus einzelnen Profilscheiben bestehen, die auf einer den Schraubenkern bildenden Welle schraubenartig aneinandergereiht sind. Zwischen den Profilscheiben untereinander oder zwischen den Profilscheiben und dem Schraubenkern sind jeweils mehrere in regelmäßigen Abständen angeordnete Formschlußverbindungen vorgesehen, die

es ermöglichen, die Profilscheiben auf dem Schraubenkern in verschiedenen Stellungen anzuordnen, so daß Schraubenspindeln von verschiedener Steigung zusammengestellt werden können. Der spezifische Flüssigkeitsdurchsatz einer solchen Schraubenspindelpumpe ist zwar variabel, jedoch werden mit zunehmendem Flüssigkeitsdurchsatz, wie schon bei den vorab genannten Schraubenspindelpumpen, die anderen Eigenschaften, wie die Saugfähigkeit, die innere Dichtheit und die Druckbelastbarkeit verschlechtert.

Aus der GB-PS 5 96 122 ist eine zweispindelige Schraubenspindelpumpe bekannt, bei der die Schraubenspindeln eine abnehmende Steigung aufweisen, der Förderquerschnitt jedoch über die gesamte Länge konstant bleibt. Die Verdrängung innerhalb des Arbeitsbereiches ist deshalb nicht konstant. Dadurch, daß innerhalb der Pumpe das die Spindeln umschließende Gehäuse axial verschoben werden kann, ist der Flüssigkeitsdurchsatz regelbar. Infolge der nicht konstanten Verdrängung müssen aber große Spiele zwischen den Spindeln und dem diese umschließenden Gehäuse bestehen, um die Quetschdrücke im Rahmen zu halten.

Eine große Druckbelastbarkeit ist deshalb bei dieser Pumpe nicht möglich, außerdem sind die Saugeigenschatten der Pumpe dadurch reduziert, daß der Spindelbereich mit der großen Steigung, und damit mit der großen Axialgeschwindigkeit, auf der Saugseite liegt.

Aus der US-PS 34 24 373 ist ein Schraubenkompressor bekannt, der zylindrische Schraubenspindeln mit unterschiedlicher Steigung bei gleichbleibendem Förderquerschnitt aufweist. Der Schraubenkompressor hat deshalb keine konstante Verdrängung innerhalb des Arbeitsbereiches. Diese Ausbildung kann zur Förderung von kompressiblen Medien vorteilhaft sein, ist jedoch zur Förderung von inkompressiblen Medien nicht erwünscht, weil wie bei der vorab beschriebenen Pumpenausführung das Medium gequetscht wird.

Aus der DE-PS 5 94 691 ist ein anderer Schraubenverdichter bekannt, der zwei parallelachsig angeordnete Schraubenspindeln aufweist. Diese weisen einen konischen Außendurchmesser und einen dazu entgegengesetzten konischen Kerndurchmesser auf. Die Förderfläche innerhalb des Arbeitsbereiches ist daher nicht konstant, außerdem ist die Steigung der Schraubengewinde nicht konstant ausgeführt. Die Abnahme von Förderflächen und Steigung erfolgt in derselben Richtung, so daß sich entlang den Schraubenspindeln eine sehr große Verdichtung des Fördermediums ergibt. Eine sinnvolle Förderung von imkompressiblen Medien ist damit ausgeschlossen. Weiter ist die Herstellung von Schraubenspindeln mit konischen Außendi-rchmessern und Kerndurchmessern sowie nicht konstanten Steigungen mit vertretbarem Aufwand nicht möglich, da in jedem Querschnittsbereich der Spindeln eine andere Flankenform für das Schraubengewinde vorliegt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schraubenspindelmotor oder -pumpe der vorausgesetzten Gattung so weiterzubilden, daß bei gleichbleibendem Flüssigkeitsdurchsatz die Druckbelastbarkeit und die Saughöhe erhöht werden können bzw. daß der Flüssigkeitsdurchsatz ohne Beeinträchtigung der Saugfähigkeit und Druckbelastbarkeit vergrößert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß bei Schraubenspindelmotoren oder -pumpen der vorausgesetzten Gattung die Steigung der Schraubengewinde der Schraubenspindeln und die von den Zahnlücken der Schraubengewinde gebildete Förderfläche innerhalb des Arbeitsbereiches nicht konstant sind, daß die Veränderung der Steigung und Förderfläcne -, umgekehrt proportional oder annähernd umgekehrt proportional ist und die Veränderung der Förderfläche durch Verändern der Zahnbreiten der Schraubengewinde der Schraubenspindeln erfolgt.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung ist es

in möglich, innerhalb des Schraubenspindelmotor oder der -pumpe die Förderfläche und die Steigung der Schraubenspindeln zu verändern, ohne daß innerhalb dem Arbeitsbereich des Motors oder der Pumpe die Verdrängung verändert wird. Man hat dadurch die Möglichkeit an der Pumpen- oder Motorseite, an der eine geringere Axialgeschwindigkeit erwünscht wird, eine kleinere Steigung vorzusehen, außerdem können an Seiten der größten Druckbelastungen die größten Zanhbreiten vorgesehen werden, weil dadurch die

in spezifische Flächenpressung zwischen der Schraubenspindel und dem umschließenden, in der Regel auch als Lagerfläche dienendem Gehäuse verringert wird.

Vorzugsweise ist bei einer erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe die Steigung des Schraubenge-

r> windes der Schraubenspindeln an der Druckseite größer als an der Saugseite. Hierdurch tritt das zu fördernde Medium an der Saugseite mit einer geringeren Axialgeschwindigkeit in den Arbeitsbereich ein. Die Beschleunigung des Fördermediums von der Eingangs-

JO geschwindigkeit auf die größere Austrittsgeschwindigkeit erfolgt innerhalb des Arbeitsbereiches. Für die Saugfähigkeit ist jedoch die geringere Axialgeschwindigkeit an der Saugseite maßgebend, so daß eine wesentliche Verbesserung der Saugfähigkeit bei der

j) erfindungsgemäß ausgeführten Schraubenspindelpumpe zu erwarten ist.

Als vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Steigung und die Zahnbreite der Schraubengewinde so ausgeführt sind, daß das Produkt aus Steigung und Förderfläche innerhalb des Arbeitsbereiches von der Saugseite zu der Druckseite hin um einen geringen Betrag abnimmt.

Diese Ausbildung kommt dem Bestreben entgegen, die unter Umständen im Medium häufig enthaltenen

4) Gasblasen und Lufteinschlüsse langsam zu verdichten oder dieselben im Fördermedium zu lösen. Es hat sich gezeigt, daß bei Verdrängerpumpen, bei denen keine innere Verdichtung vorhanden ist, diese Gas- oder Luftblasen an der Druckseite unter Einwirkung des Förderdruckes schlagartig zerfallen oder im Medium gelöst werden, wodurch erhebliche Laufgeräusche entstehen und häufig kavitationsähnlich3 Zerstörungserscheinungen auftreten, obwohl die Pumpe in Wirklichkeit nicht unter Kavitation arbeitet. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme werden die Gas- oder Luftblasen innerhalb der Pumpe kontinuierlich verdichtet oder aufgelöst, so daß die Geräuschenfvicklung und der kavitationsähnliche Verschleiß vermieden wird.
Die Schraubenspindeln selbst können für den

bo erfindungsgemäßen Schraubenspindelmotor oder -pumpe, ausgenommen der noch nachstehend erwähnten stufenlos regelbaren Ausführung, aus dem vollen Material hergestellt sein. Die Herstellung der Schraubengänge ist hierbei jedoch relativ schwierig und erfordert teuere Spezialmaschinen. Um diese schwierige Fertigung zu umgehen, ist vorzusehen, daß die Schraubenspindeln, wie an sich bekannt, aus Profilscheiben bestehen, die auf Wellen aufgeschoben sind, in

denen zumindest eine entsprechend der Steigung der Schraubenspindel verlaufende Schraubennut angebracht ist und die Profilscheiben mittels einer Formschlußverbindung, in die Schraubennuten eingreifender Zylinderstifte, nach der Steigung ausgerichtet sind.

Es ist auch denkbar, daß die Schraubenspindeln, wie an sich bekannt, aus Profilscheiben bestehen, die mit einem Vielnutprofil, insbesondere einem Keilwellenprofil oder Kerbzahnprofil, versehen sind und auf einer entsprechend ausgebildeten Welle der Steigung der Schraubenspindel entsprechend zueinander winkelversetzt angeordnet sind.

Der Gegenstand der Erfindung läßt sich auch auf stufenlos regelbaren Schraubenspindelpumpen oder -motoren dadurch anwenden, daß zur Veränderung des Durchsatzes die mit der nicht konstanten Steigung versehenen Wellen länger ausgeführt sind als die Länge der aneinandergereihten Profilscheiben und daß die Profilscheiben entlang den axial feststehenden Wellen verschiebbar angeordnet sind.

Eine derartige Ausführung des Schraubenspindelmotors oder -pumpe hat neben den schon erwähnten Vorteilen der höheren Druckbelastbarkeit und der besseren Saugfähigkeit gegenüber den bekannten stufenlos regelbaren Schraubenspindelpumpen die Eigenschaft der konstanten Verdrängung, so daß gegenüber den bisherigen Ausführungen keine besonders große Spiele zum Ableiten der gequetschten Flüssigkeitsmenge vorgesehen sein müssen. Der Wirkungsgrad und die Funktion der stufenlos einstellbaren Maschinen werden dadurch ganz erheblich verbessert.

Vorzugsweise sind die Schraubenspindeln der erfindungsgemäßen Schraubenspindelmotoren oder -pumpen so aufgebaut, daß der sich aus der Veränderung der Zahnbreite ergebende durchschnittliche Zahnbreitenwert für die seitlichen Schraubenspindeln in etwa dem Zahnbreitenwert entspricht, bei dem die Fläche der Zahnlücke zwischen den Gewindegängen so groß ist wie die linsenförmige Überschnittfläche zwischen den Schraubengewindegängen der ineinandergreifenden Schraubenspindeln.

Durch diese Maßnahme erfolgt der Antrieb der seitlichen Schraubenspindeln hydraulisch durch den Flüssigkeitsdruck und nicht über die Schraubengewindeflanken.

Diese Eigenschaft beruht auf der Tatsache, daß bei den seitlichen Schraubenspindeln unausgeglichene, vom Druck beaufschlagte Flächen vorhanden sind, die in radialer Richtung Drehmomente abgeben. Dies;: Flächen stehen in Zusammenhang einerseits mit den Zahnlücken zwischen den Schraubengewindegängen und andererseits mit den linsenförmigen Überschnittflächen, die durch das Ineinandergreifen der Schraubengewinde der treibenden und seitlichen Schraubenspindeln entstehen. Die von den beiden Flächen hervorgerufenen Drehmomente wirken entgegengesetzt. Durch das vorabgenannte Merkmal ist die Summe der Flächen gleich groß, so daß sich die hydraulischen Drehmomente aufheben.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erklärt. Zusammenfassend für Schraubenspindelmotor und -pumpe wird der Ausdruck Schraubenspindelmaschine verwendet.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgeführte Schraubenspindelmaschine mit aus dem vollen Material hergestellten Schraubenspindel;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch deren Schraubenspindel in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 zeigt anhand einer graphischen Darstellunj die Abhängigkeit der Förderfläche, des aus de Zahnbreite der Schraubengewinde resultierender •ί Zahnwinkels und der Steigung entlang der Schrauben spindel einer erfindungsgemäß ausgeführten Schrau benspindelmaschine;

Fig.4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einei erfindungsgemäßen Schraubenspindelmaschine;

in Fig. 5 und 6 zeigen Querschnitte durch die Schraubenspindelmaschine gemäß Fig. 4 entlang der Schnittlinien C-Cund D-D;

Fig. 7 zeigt eine andere Ausführung der erfindungs· gemäßen Schraubenspindelmaschine;

r> F i g. 8 und 9 zeigen Querschnitte durch die Schraubenspindelmaschine gemäß F i g. 7;

Fig. 10 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße, stufenlos verstellbare Schraubenspindelmaschine;

2u Fig. 11 und 12 zeigen Ansichten der Schraubenspindeln des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 10, jeweils ir der Stellung mit der größten und der kleinster Verdrängung;
Fig. 13 zeigt in einer graphischen Darstellung die

r> Abhängigkeit der Förderfläche, der Steigung, des Zahnwinkels und des .spezifischen Fördervolumens vor der Verschiebung der Schraubenspindeln innerhalb der Schraubenspindelmaschine gemäß Fig. 10;

Fig. 14 und 15 zeigen Querschnitte der stufenlos

in verstellbaren Schraubenspindelmaschine in Höhe der Schnittlinien £-£und F-F;

Fig. 16 zeigt einen Längsschnitt, der zu dem gemäD Fig. 10um90° versetzt ist.
Bei der Schraubenspindelmaschine gemäß Fig. 1

jj werden die Schraubenspindeln 1, 2 und 3 innerhalb des Arbeitsbereiches von dem Gehäuse 4 mit engem Spiel umschlossen. Die Außendurchmesser der Schraubenspindeln sind aus Gründen der besseren Unterscheidbarkeit längsschraffiert gezeichnet. Die mittlere, dem

4Ii Antrieb dienende Schraubenspindel 1, die einen mit einer Paßfeder 5 versehenen Wellenzapfen 6 besitzt, trägt am Ende zwei Wellenbunde 7 und 8, zwischen die die an den seitlichen Schraubenspindeln 2 und 3 angebrachten Wellenbunde 9 und 10 eingreifen und die

π seitlichen Schraubenspindeln axial fixieren. Die Schraubenspindeln 1, 2 und 3 sind so ausgebildet, daß die Steigung vom wellenbundseitigen Ende her zum Wellenzapfen 6 hin zunimmt. Gleichzeitig nimmt die Zahnbreite des Schraubengewindes 11 der mittleren

jn Schraubenspindel ab, während die Zahnbreite der Schraubengewinde 12 der seitlichen Schraubenspindeln 2 und 3 zunimmt.

Wird die dargestellte Schraubenspindelmaschine als Pumpe eingesetzt und in Pfeilrichtung 13 angetrieben,

γ, so wird durch den wellenbundseitigen Gewindeanschluß 14 das zu fördernde Medium angesaugt und am anderen Ende durch den Gewindeanschluß 15 wieder abgegeben.
An der Saugseite 16 wird das Gehäuse 4 durch den

Wi Deckel 17 verschlossen; an der Druckseite 18 durch den Deckel 19. Im Deckel :I9 ist die mittlere Schraubenspindel 1 mittels eines Kugellagers 20 axial und radial gelagert. Der Kolben 21 dient der hydraulischen Schubentlastung. Um den Einbau des Kugellagers 20 zu

h'i ermöglichen, ist der Deckel 19 mit einem Abschlußdekkcl 22 versehen, in dem die Radialdichtringc 23 angebracht sind, um die Durchführung der minieren Schraubenspindel abzudichten. Der Raum 24 zwischen

dem Kugellager 20 und dem Deckel 22 ist durch die in der mittleren Schraubenspindel angebrachte Bohrung 25 mit dem Saugraum der Pumpe verbunden und somit vom Druck entlastet. Die genaue Einstellung der axialen Lage der seitlichen Schraubenspindeln 2 und 3 erfolgt über die Beilegscheiben 26.

In Fig. 2 zeigen die voll ausgezogenen Linien den Querschnitt der Schraubenspindeln gemäß der Schnittlinie A-A, die gestrichelten Linien den Querschnitt gemäß der Schnittlinie B-B. Von dem Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A ausgehend, verändert sich hierbei der Zahnwinkel der Schraubengewinde 11, 12 von dem Wert y\ um den Betrag Ay auf den Wert y₂. Daraus resultierend, verändern sich auch die Zahnbreiten der Schraubengewinde der seitlichen Schraubenspindeln und die Zahnbreiten der Schraubengewinde der mittleren Schraubenspindel von dem Wert a\ auf den Wert a₂ und b\ auf bi. Anhand folgender Gleichung

IF = I;

720

(2 ■ Dj - 2 ■ D\ - Dj + D\)

kann die relative Änderung der Förderfläche errechnet werden, also den Betrag, um den sich die Förderfläche innerhalb des Bereiches zwischen den Schnittlinien A-A und B-B verändert. Es stellt hierbei dar:

γ = den Zahn- bzw. Zahnlückenwinkel bezogen auf den strichpunktiert gezeichneten Teilkreis, dessen Durchmesser im dargestellten Beispiel für alle drei Schraubenspindeln gleich groß ist.

Di = Außendurchmesser der mittleren Schraubenspindel.

D₂ = Innendurchmesser der mittleren Schraubenspindel.

Di = Äußerer Durchmesser der seitlichen Schraubenspindel.

D) = Innerer Durchmesser der seitlichen Schraubenspindel.

Bezogen auf den Ausgangsförderquerschnitt Fi beträgt somit der Förderquerschnitt F₂ — F\+AF. Um die Forderung nach einer konstant bleibenden Verdrängung zu erfüllen, muß sich die Steigung ebenfalls verändern und zwar nach der Formel

Fi · si = F₂ ■ S₂.

Innerhalb der axialen Erstreckung der Schraubenspindel sollen die Förderflächenverändeiung und die Veränderung der Steigung kontinuierlich erfolgen. Die Veränderung erfolgt somit nach einer geometrischen Reihe. Wird die axiale Erstreckung zwischen den Schnittlinien A-A und B-B in eine bestimmte Anzahl = η Stufen unterteilt, so kann folgende Gleichung aufgestellt werden

F_n = F, · q".
Für die Steigung ergibt aus Kontinuitätsgründen

Die Zusammenhänge, bezogen auf die axiale Erstrekkung, sind in dem Diagramm gemäß F i g. 3 dargestellt. Die Werte beziehen sich auf eine Schraubenspindelmaschine, die in Fig. I dargestellt ist, mit einer mittleren und zwei seitlichen Schraubenspindcln. Es liegen folgende Abmessungen zugrunde:

D₁ D₂

d\

F,

also Ay AF F₂

= 3cm
= 2 cm
= 2,2 cm
= 1,2 cm
= 45°
= 135°
= 3,4 cm²
= 90"
= 0,72 cm²
= 4,12 cm²

Die Veränderung von y\ nach y₂ und somit von der Fläche Fi nach F₂ soll in /7= 20 Stufensprüngen erfolgen. Der Stufensprung wird aus der Exponential-Gleichung

„ ^F„
¹I = _F

mit q= 1,0096 errechnet. Ferner nimmt in dem Bereich in von /7=0 bis/7=20 die Steigung gemäß der Formel

und dem Anfangswert 79,9 mm auf 66 mm ab. Werden die einzelnen Werte von F_n und S_n, der Förderfläche und der Steigung bei jedem Stufensprung multipliziert, so ergibt sich über den gesamten Bereich von /?=0 bis /7=20 eine konstant bleibende Linie F- s, d.h., das spezifische Fördervolumen pro Umdrehung wird innerhalb des Bereiches von /J=O bis /7=20 nicht verändert. Auf die Bedeutung der gestrichelt gezeichneten Linien in F i g. 3 wird später eingegangen.

Die in F i g. 4 dargestellte Schraubenspindelmaschine besitzt etwa denselben Aufbau wie die gemäß Fig. 1. Die Unterschiede bestehen in einer anderen Ausbildung der Schraubenspindeln 27,28 und 29, die jedoch in ihrer Funktion den in F i g. 1 dargestellten entsprechen. Die Schraubenspindeln 27, 28, 29 bestehen aus einzelnen, axial aneinandergereihten Profilscheiben 30, 31 und 32, die, wie in der oberen Bildhälfte dargestellt ist, auf den mit den Schraubennuten 33 und 34 versehenen Wellen 35 und 36 aufgesteckt sind. Bei dieser Darstellung sind die Profilscheiben sinnbildlich nur mit den Außen- und Kerndurchmessern gezeichnet. Die Steigung der Schraubennuten 33 und 34 ist nicht konstant, sondern verhält sich nach der Formel

Wie aus den Fig.5 und 6 zu ersehen ist, sind die Profilscheiben 30,31,32 mittels den Zylinderstiften 37, 38 formschlüssig nach den Schraubennuten 33 und 34

Y) ausgerichtet. Da die Zylinderstifte ihre Winkellage zur Zahnmitte nicht verändern, entspricht die Steigung der von den einzelnen Profilscheiben gebildeten, mit dünnen Volumen angedeuteten Schraubengewinde 11, 12 der Steigung der auf den Wellen 35, 36 angebrachten

wi Schraubennuten 33,34. Aus der Formel

F_n = F₁ ■ q"

resultierend, verändern sich zwischen den Querschnitte ten gemäß den Fig.5 und 6 die Zahnbreiten der seitlichen Schraubenspindcln von dem Wert a\ auf den Wert a₂ und der mittleren Schraubenspindel von dem Wert 6i auf den Wert &.

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ίο

In den Zeichnungen ist nicht darstellbar, daß sich die Zahnbreite bzw. daraus resultierend die Zahnwinkel und/oder die Steigung nicht genau nach den genannten Formeln verhalten müssen. Sie können sich ohne weiteres auch so verhalten, wie es in Fig. 3 durch die gestrichelten Linien dargestellt ist. Hierdurch wird im Einsatz der Pumpe, wenn bei n=20 die Saugseite ist, eine kleine Abnahme des spezifischen Fördervolumens zur Druckseite hin eingestellt, wodurch eine geringe Verdichtung des Fördermediums bewirkt wird, die aus eingangs erwähnten Gründen einen geräuschärmeren Lauf zur Folge haben kann.

Die in Fig. 7 gezeigte Schraubenspindelmaschine entspricht im wesentlichen der gemäß F i g. 4. Der Unterschied besteht darin, daß Profilscheiben 39,40,41, wie insbesondere aus F i g. 8 und 9 zu ersehen ist, auf mit Kerbverzahnung versehenen Wellen 42,43,44 entsprechend der gewünschten Steigung gegenseitig verdreht aufgesetzt sind.

Bei der stufenlos verstellbaren Schraubenspindelmaschine gemäß Fig. 10 sind in einem rohrartigen Gehäuse 45 drei Wellen 46, 47, 48 angeordnet, die mit den Schraubennuten 49, 50 und 51 versehen sind. Das Gehäuse 45 wird durch die Deckel 52 und 53 verschlossen. Die mittlere Welle 46 ist durch den Deckel

52 hindurchgeführt und für den An- bzw. Abtrieb mit einem mit einer Paßfedernut 54 versehenen Wellenzapfen 55 ausgerüstet. Zur axialen und radialen Führung der Welle dient das Kugellager 56. Auf der Welle 46 ist weiter ein pfeilverzahntes Zahnrad 57 befestigt, das mit den auf den Wellen 47 und 48 angebrachten weiteren pfeilverzahnten Zahnrädern 58 und 59 im Eingriff steht. Damit die Schraubennuten 49,50,51 gegenseitig genau ausgerichtet werden können, sind die pfeilverzahnten Zahnräder 58 und 59 mitteils den Spannelementen 60,61 kraftschlüssig mit den Wellen 47 und 48 stufenlos einstellbar verbunden. Die Wellen 47 und 48 selbst besitzen je einen der radialen Führung dienenden, im Deckel 52 gelagerten, zapfenförmigen Ansatz 62, 63, dessen vordere Fläche über die Bohrungen 64 und über die Bohrung 65 der mittleren Welle mit dem Druckraum 66 verbunden ist. Die innere Bohrung 67 des Gehäuses 45 umschließt mit engem Laufspiel ein axial verschiebbares weiteres Gehäuse 68, das seinerseits wieder die auf den Wellen 46, 47, 48 aufgesteckten Profilscheiben 69, 70, 71 umschließt. Diese Profilscheiben sind in dem Gehäuse 68 mittels den mit den Durchbrüchen 72, 73 versehenen Deckscheiben 74, 75 axial fixiert. Wie aus den Fig. 14, 15 16 zu ersehen ist, werden die Deckscheiben 74, 75 mittels den Schrauben 76 festgehalten. Das Gehäuse 68 kann über die im Deckel

53 drehbar gelagerte, mit einem Handrad 78 versehene Gewindespindel 77 axial bewegt werden. Da die Profilscheiben mittels den Zylinderstiften 79,80,81 nach der Steigung der Schraubennuten 49,50,51 ausgerichtet sind, passen sie sich bei der axialen Verschiebung des Gehäuses 68 der Steigung der Schraubennuten automatisch an und bilden dabei Schraubenspindeln, die denen in F i g. 4 entsprechen.

In Fig. 14 ist die Ansicht der Deckscheibe 75 dargestellt. Die Ansicht zeigt die Form der Durchbrüche 73, durch die das Medium zu- bzw. abfließen kann. Die Form der Deckscheibe 74 entspricht im wesentlichen der Ausführung der Deckscheibe 75.

^r> Wie schon beschrieben, kann durch Drehen des Handrades 78 das Gehäuse 68 in dem Gehäuse 45 verschoben werden. Wird bei der gezeigten Ausführung das Gehäuse bis zu den pfeilverzahnten Zahnrädern 57, 58,69 verschoben, so nehmen die Profilscheiben 69, 70,

κι 71 die in Fig. 11 dargestellte Form von Schraubengewinden mit großer Steigung an. Die dünnen Vollinien zeigen dabei den theoretischen Verlauf der Schraubengewinde 11,12 der Schraubenspindeln, die mit den Pos. 82, 83, 84 gekennzeichnet sind. Dementsprechend

i) nehmen die Profilscheiben eine Stellung ein, die einem Schraubengewinde mit kleinerer Steigung entspricht, wenn, wie es in F i g. 12 gezeigt ist, das Gehäuse 68 die in Fig. 10 dargestellte Lage in der Nähe des Deckels 53 einnimmt.

In dem Diagramm gemäß Fig. 13 ist der Zusammenhang von Förderfläche und Steigung in Abhängigkeit von der axialen Erstreckung der Wellen 46, 47, 48 wiedergegeben. Dem Diagramm liegen dieselben Abmessungen der Profilscheiben zugrunde, wie dem

2^r> Diagramm gemäß F i g. 3, d. h., innerhalb von 20 Stufensprüngen wird die Förderfläche von 3,4 cm² auf 4,12 cm² verändert. Wird nun die 20 Stufensprünge umfassende Profilscheibenreihe auf den, wie dargestellt, einen Bereich von 44 Stufensprünge umfassenden, die

jo Steigung 5 aufweisenden Wellen nach rechts verschoben, so wird eine immer kleiner werdende Steigung wirksam, und das spezifische Fördervolumen nimmt ab. Dieses bleibt jedoch innerhalb der Profilscheibenreihe konstant. Mit den dargestellten Abmessungen der

jj stufenlos regelbaren Schraubenspindelmaschine kann z. B. das Fördervolumen von ca. 27 cm³ auf ca. 21,5 cm³ pro Umdrehung stufenlos verstellt werden. Die angegebenen Werte stellen für die Regelbarkeit einer solchen Maschine keine Grenzwerte dar. Durch eine andere Wahl der Abmessungen der Schraubenspindeln oder durch eine größere Zahl von Stufensprüngen für die Länge der Schraubennut oder durch größere Stufensprünge für die Abnahme der Förderfläche kann das Fördervolumen in noch größerem Maße verändert

Vi werden.

Bei den dargestellten Ausführungen der Schraubenspindeln verändern sich die Zahnbreiten der seitlichen Schraubenspindeln von dem Wert a\ zum Wert ai und die Zahnbreite der mittleren Schraubenspindeln von

V) dem Wert b\ zum Wert bi. Die Zahnbreiten sind dabei so ausgeführt, daß der sich aus der Veränderung ergebende durchschnittliche mittlere Zahnbreitenwert dem Wert der Zahnbreite entspricht, bei dem die Fläche der Zahnlücke zwischen den Schraubengängen der seitli-

5¹J chen Schraubenspindel größenmäßig der linsenförmigen Überschnittfläche der Schraubengewindegänge der Schraubenspindeln entspricht. Über die Schraubengewindeflanken werden somit keine wesentlichen Drehmomente auf die seitlichen Schraubenspindeln übertra-

w) gen.

Hierzu IO BIiUt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schraubenspindelmotor oder -pumpe für inkompressible Flüssigkeiten mit mindestens zwei parallelachsig angeordneten, ineinandergreifenden, zylindrischen Schraubenspindeln unterschiedlichen Durchmessers oder Gangzahlen des Schraubengewindes der ineinandergreifenden Schraubenspindeln, von denen zumindest eine dem Antrieb bzw. dem Abtrieb und zumindest eine der Abdichtung dient, und die von einem Gehäuseteil eng umschlossen sind, mit konstanter oder annähernd konstanter Verdrängung innerhalb des Arbeitsbereiches, indem das Produkt aus Förderfläche und Steigung in jedem Querschnitt des Arbeitsbereiches konstant oder annähernd konstant ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Schraubengewinde (11,12) der Schraubenspindeln (1,2,3; 27,28,29; 82, 83, 84) und die von den Zahnlücken der Schraubengewinde gebildete Förderfläche innerhalb des Arbeitsbereiches nicht konstant sind, daß die Veränderung von Steigung und Förderfläche umgekehrt proportional oder annähernd umgekehrt proportional ist und die Veränderung der Förderfläche durch Verändern der Zahnbreiten der Schraubengewinde (11, 12) der Schraubenspindeln (1, 2, 3; 27,28,29; 82,83,84) erfolgt.

2. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Schraubengewinde (11, 12) der Schraubenspindeln (i, 2, 3; 27, 28, 29; 82, 83, 84) an der Druckseite (18) größer ist als an der Saugseite (16).

3. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung und die Zahnbreite der Schraubengewinde (11, 12) so ausgeführt ist, daß das Produkt aus Steigung und Förderfläche innerhalb des Arbeitsbereiches von der Saugseite (16) zur Druckseite (18) hin um einen geringen Betrag abnimmt.

4. Schraubenspindelmotor oder -pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenspindeln (27,28,29; 82,83,84), wie an sich bekannt, aus Profilscheiben (30, 31, 32; 69,70,71) bestehen, die auf Wellen (35,36; 46,47,48) aufgeschoben sind, in denen zumindest eine entsprechend der Steigung der Schraubenspindel verlaufende Schraubennut angebracht ist und die Profilscheiben mittels einer Formschlußverbindung, in die Schraubennut (33, 34; 49, 50, 51) eingreifender Zylinderstifte (37, 38; 79, 80, 81), nach der Steigung ausgerichtet sind (F i g. 5,6).

5. Schraubenspindelmotor oder -pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenspindeln (27,28,29; 82,83,84), wie an sich bekannt, aus Profilscheiben (39,40,41) bestehen, die mit einem Vielnutprofil, insbesondere einem Keilwellenprofil oder Kerbzahnprofil, versehen sind und auf entsprechend ausgebildeten Wellen (42, 43, 44) der Steigung der Schraubenspindel entsprechend zueinander winkelversetzt angeordnet sind (F i g. 8, 9).

6. Schraubenspindelmotor oder -pumpe nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Durchsatzes die mit der nicht konstanten Steigung versehenen Wellen (46,47,48) länger ausgeführt sind als die Länge der aneinandergereihten Profilschieben (69, 70, 71) und daß die

Profilscheiben entlang den axial feststehenden Wellen verschiebbar angeordnet sind (F i g. 10).

7. Schraubenspindelmotor oder -pumpe nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der sich aus der Veränderung der Zahnbreite ergebende durchschnittliche Zahnbreitenwert für die seitlichen Schraubenspindeln (2,3; 28,29; 82, 84) in etwa dem Zahnbreitenwert entspricht, bei dem die Fläche der Zahnlücken zwischen den Schraubengewindegängen so groß ist wie die linsenförmige Überschnittfläche zwischen den Schraubengewindegängen der ineinandergreifenden Schraubenspindeln.