DE2033201C3 - Schraubenspindelmotor oder -pumpe - Google Patents
Schraubenspindelmotor oder -pumpeInfo
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- DE2033201C3 DE2033201C3 DE2033201A DE2033201A DE2033201C3 DE 2033201 C3 DE2033201 C3 DE 2033201C3 DE 2033201 A DE2033201 A DE 2033201A DE 2033201 A DE2033201 A DE 2033201A DE 2033201 C3 DE2033201 C3 DE 2033201C3
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C2/12—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
- F04C2/14—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
- F04C2/16—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
- F04C2/165—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type having more than two rotary pistons with parallel axes
Description
6. Schraubenspindelmotor oder -pumpe nach den Ansprüchen t 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
Zahnbveitenwert entspricht, bei dem die Fläche der Zahnlücken zwischen den Schraubengewiadegängen
so groß ist wie die linsenförmige Überschnittfläche zwischen den Schraubengewindegängen der
ineinandergreifenden Schraubenspindeln.
Gegenstand der Erfindung ist ein 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 innerlulb 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 Flüssigkeitsdurchsatz, d.h. ein möglichst großes Fördervolumen
pro Umdrehung zu erreichen, muß infolge dessen die Steigung und/oder der Förderquerschnitt groß
gewählt werden. Aus verschleißtecbnischen 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 Forderkammern 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.
. 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 Schraubenspindelpumpe^ die anderen Eigenschaften,
wie die Saugfähigkeit, die innere Dichtheit und die Druckbelastbarkcit verschlechtert.
Aus der GB-PS 5 96 122 ist eine zweispindelige Schraubenspindelpumpe bekannt, bei der die Schraubenspindel
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 Quetschdrucke im Rahmen
zu halten.
Eine große Druckbelastbarkeit ist deshalb bei dieser Pumpe nicht möglich, außerdem sind die Saugeigenschaften
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. Eie 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 Schraubenrpindeln mit konischen Außendurchmessern
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 vorlieg3nden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schraubenspindelmotor oder -pumpe
der vorausgesetzten Gattung so weiterzubilden, daß bei gleichbleibendem Flüssigkeitsdurchsatz die Druckbelastbarkeit
und die Säughöhe 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 Gattunp 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 Förderfläche
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
ίο möglich, innerhalb des Schraubenspindelmotors 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 spezifische Flächenpressung zwischen der Schraubenspindel
und dem umschließenden, in dpr Regel auch als
Lagerfläche dienendem Gehäuse verringert wird.
Vorzugsweise ist bei einer erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe die Steigung des Schraubengewindes
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 Ausiriitsgeschwtndigkeit
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
erfindungsgemäß ausgeführten Schraubenspindelpumpe zu erwarten ist.
Als vorteüliafte 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
Gasblasen und Lufteinschlüsse langsam zu verdichten oder dieselben im Fördermedium zu los»!n. Es h;it sich
gezeigt, daß bei Verdrängerpumpen, bei denen keine innere Verdichtung vorhanden ist, diese Gas- oder
Luftblasen an der Druckseite unter Einwirkung des
so Förderdruckes schlagartig zerfallen oder im Medium gelöst werden, wodurch erhebliche Laufgeräusche
entstehen und häufig kavitationsähnliche Zerstörungserscheinungen auftreten, obwohl die Pumpe in Wirklich
keit nicht unter Kavitation arbeitet. Durch die eifinuungsgemäße Maßnahme werden die Gas- oder
Luftblasen innerhalb der Pumpe kontinuierlich verdichtet oder aufgelöst, so daß die Geräuschentwicidung und
der kavitationsähnliche Verschleiß vermieden wird.
Die Schraubenspindeln selbst können für den
Die Schraubenspindeln selbst können für den
bo erfindungsgemäßen Schraubenspindelmotor oder
-pumpe, ausgenommen der noch nachstehend erwähnten stufenlös regelbaren Ausführung, aus dem vollen
Material hergestellt sein. Die Herstellung dtr b'chraubengänge
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 Vielnutprol'il, 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
dpn
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 konst?nten Verdrängung, so daß
gegenüber den bisherigen Ausfuhrungen keine besonders große Spiele zum Ableiten der gequetschter,
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. Diese 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
F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgeführte Schraubenspindelmaschine
mit aus dem vollen Material hergestellten Schraubenspindeln;
F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch deren Schraubenspindeln in vergrößertem Maßstab;
F i g. 3 zeigt anhand einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit der Förderfläche, des aus dei
Zahnbreite der Schraubengewinde resultierender ■■> Zahnwinkels und der Steigung entlang der Schrauben
spindel einer erfindungsgemäß ausgeführten Schrau benspindelmaschine;
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einei erfindungsgemäßen Schraubenspindelmaschine;
ίο Fig. 5 und 6 zeigen Querschnitte durch di< Schraubenspindelmaschine gemäß Fig.4 entlang der Schnittlinien C-Cund D-D:
ίο Fig. 5 und 6 zeigen Querschnitte durch di< Schraubenspindelmaschine gemäß Fig.4 entlang der Schnittlinien C-Cund D-D:
Fig. 7 zeigt eine andere Ausführung der erfindungs
gemäßen Schraubenspindelmaschine;
ii Fig. 8 und 9 zeigen Querschnitte durch di( Schraubenspindelmaschine gemäß F i g. 7;
ii Fig. 8 und 9 zeigen Querschnitte durch di( Schraubenspindelmaschine gemäß F i g. 7;
Fig. 10 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfin dungsgemäße, stufenlos verstellbare Schraubenspinr!··'
F i g. 11 und 12 zeigen Ansichten der Schraubenspin dein des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 10, jeweils ir
der SicÜjng mit der größten und der kleinster
Verdrängung;
Fig. 13 zeigt in einer g:aphischen Darstellung dk
Abhängigkeit der Förderfläche, der Steigung, de!
Zahnwinkels und des spezifischen Fördervolumens vor der Verschiebung der Schraubenspindeln innerhalb dei
icriraui's'nspindelmaschinegemäß Fig. 10;
Fig. 14 und 15 zeigen Querschnitte der stufenlos
verstellbaren Schraubenspindelmaschine in Höhe dei Schnittlinien E-Euna F-F;
Fig. 16 zeigt einen Längsschnitt, der zu dem gemä[ Fig. 10 um 90° versetzt ist.
Bei der Schraubenspindelmaschine gemäß F i g. I werden die Schraubenspindel I1 2 und 3 innerhalb de;
Arbeitsbereiches von dem Gehäuse 4 mit engem Spie umschlossen. Die Außendurchmesser der Schrauben
spindeln sind aus Gründen der besseren Unterscheid barkeit längsschraffiert gezeichnet. Die mittlere, derr
Antrieb dienende Schraubenspindel 1, die einen mii einer Paßfeder 5 versehenen Wellenzapfen 6 besitzt
trägt am Ende zwei Wellenbunde 7 und 8, zwischen die die an den seitlichen Schraubenspindeln 2 und 2
angebrachten Wellenbunde 9 und 10 eingreifen und die 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
Schraubenspindel ab, während die Zahnbreite der Schraubengewinde 12 der seitlichen Schraubensp! dein
2 und 3 zunimmt.
Wird die dargestellte Schraubenspindelmaschine als Pumpe eingesetzt und in Pfeilrichtung 13 angetrieben,
so wird durch den wellenbundseitigen GewindeanschluD 14 das zu fördernde Medium angesaugt und am anderer
Ende durch den Gewindeanschluß 15 wieder abgegeben.
An der Saugseite 16 wird das Gehäuse 4 durch den Deckel 17 verschlossen; an der Druckseite 18 durch den
Deckel 19. Im Deckel 19 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
ermöglichen, ist der Deckel 19 mit einem Abschlußdekkel 22 versehen, in dem die Radialdichtringe 23
angebracht sind, um die Durchführung der mittleren Schraubenspindel abzudichten. Der Raum 24 zwischen
dem KiIgL1IIiIgLT 20 und dem Deckel 22 isl durch du· in
der initiieren Schraubenspindel angebrai'hli· Bohrung
25 mit dein 'iaiigraum der Pumpe verbunden und somit
vom Druck entlaslel. Die genaue l.inslellung der axialen Lage der stauchen Schraubenspindel·! 2 und 3 erfolgt
über die Bcilcgscheiben 26.
In F i g. 2 /eigen die voll ausgezogenen Linien den
Querschnitt der Schraubenspindel·! gemäß der Schnittli nie A-A.die gestrichelten Linien den Querschnitt gemäß
der Schnittlinie H-H. Von dem Quer'thnitt entlang der
Schnittlinie A-A ausgehend, verändert sich hierbei der Zahnwinkel der Schraubengewinde II, 12 von dem
Weil }'i um ilen Betrag /1)1 auf den Wer! ;■.>. Daraus
resultierend, verändern sich auch die Zahnbreiien der
Schraubengewinde der seillichen Schraiibenspindelti
und die Zahnbreiien der Schraubengewinde der mittleren Schraubenspindel von dem Werl ;i\ auf den
Wert ;/· und h, auf /'·. Anhand folgender (jleiehuuu
- i cm | |
lh | — 2 cm |
D, | = 2,2 em |
D, | = 1.2 cm |
>Ί | = 4Γ> |
)'.; | = Ι3Γ> |
/1I | = 3.4 cm' |
!;■ | =.- 90 |
1/ | - 0.72 em |
■1.12 cm |
I/
I-
72(1
c ■ />-;
I)U
also
Die Veränderung vom ;ί nach ■/.>
und somit von der fläche l\ nach /'.> soli in /i^- 20 Slufensprüngen erfolgen.
Du Sliifensprung wird aus der I x[ionential (ileichung
mit (7= 1,009b errechnet. I einer nimmt in dem Bereich
von i) ■-- 0 bis η - 20 die Steigung gemäß der Formel
kann die relative Änderung der förderfläche errechnet
werden, also den Betrüg, um den sich die förderfläche
innerhalb des Bereiches /wischen den Schnittlinien AA
und H-H vei ändert. Ls stellt hierbei dar:
·/ = den Zahn· b/w. Zahnliickenwinkcl bezogen auf
den strichpunktiert gezeichneten Teilkreis, dessen Durchmesser im dargestellten Heispiel für
alle drei Schraubenspindel·) gleich groß ist.
I), = Außendurchmesserder minieren Schrauben
spindel.
spindel.
l)} = Innendurchmesser der mittleren Schraubenspindel
Dt - Äußerer Durchmesser der seitlichen Schrauben
spindel.
spindel.
Da = Innerer Durchmesser der seitliehen Schraubenspindel
Bezogen auf den Ausgangsförderquerschnill /■·
beträgt somit der Lörderquerschnitl I2= F1+ AF. Um
die förderung nach einer konstant bleibenden Verdrän
gung zu erfüllen, muß sich die Steigung ebenfalls verändern und /war nach der formel
Innerhalb der axialen Lrstreckung der Schraubenspindel
sollen die F oberflächenveränderung und die Veränderung der Steigung kontinuierlich erfolgen. Die
Veränderung erfolgt somit nach einer geometrischen Reihe. Wird die axiale Lrstreckung zwischen den
Schnittlinien A-A und B-B in eine bestimmte Anzahl = η
Stufen unterteilt, so kann folgende Gleichung aufgestellt werden
Fn = F, · q".
Für die Steigung ergibt aus Kontinuitätsgründen
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 Schraubenspindeln. Es liegen
folgende Abmessungen zugrunde:
und dem Anfangswert 79.4 mm auf 66 mm ab. Werden
die ein/einen Werte von In und .s„.dcr förderfläche und
der Steigung bei jedem Stufensprung multipliziert, so ergibt sieh über den gesamten Bereich von H = O bis
fj = 20 eine konstant bleibende Linie fs, d.h., das
spezifische Fördervolumen pro Umdrehung wird innerhalb des Bereiches von /; = () bis n—20 nicht
verändert. Auf die Bedeutung der gestrichelt gezeichneten Linien in I i g. J wird später eingegangen.
Die in I i g. 4 dargestellte Schraubcnspindclmaschinc
besitzt etwa denselben Aufbau wie die gemäß Fig. 1.
Die Unterschiede bestehen in einer anderen Ausbildung der Sehraubcnspindeln 27, 28 und 29, die jedoch in ihrer
Funktion den in Fig. I dargestellten entsprechen. Die
Schraubenspindeln 27, 28, 29 bestehen aus einzelnen, axial aneinandergereihten Profilseheiben 30, 31 und 32,
die, wie in der oberen Bildhälftc dargestellt ist. auf den mit den Schraubcnnuten 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 Schraubcnnuten 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 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
Schraubennuten 33,34. Aus der Formel
Fn = F, ■ q»
resultierend, verändern sich zwischen den Querschnitten
gemäß den Fig. 5 und 6 die Zahnbreiten der seitlichen Schraubenspindeln von dem Wert <7i auf den
Wert 3j und der mittleren Schraubenspindel von dem Wert b\ auf den Wert th.
In den Zeichnungen ist nicht darstellbar, daß sich die
Zahnbreite bzw. daraus resultierend die Zahnwinke! 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 η = 20 die Saugseite ist,
eine kleine Abnahme des spezifischen Fördervolumens /ur Druckseite hin eingestellt, wodurch eine geringe
Verdichtung des Fördermedium* bewirkt wird, die aus eingangs erwähnten Gründen einen geräuscharmeren
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 () zu ersehen ist, auf mit
Kerbverzahnung versehenen Wellen 42, 43, 44 entsprechend der gewünschten Steigung gegenseitig verdreht
aufgesetzt sind.
Bei der stufenlos verstellbaren Schraubenspindclmaschine
gemäß F ig. 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 nindurchgefiihrt 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 pfcilverzahnten Zahnrädern 58 und 59 im Eingriff steht.
Damit die Schraubennuten 49, 50, 51 gegenseitig genau ausgerichtet werden können, sind die pfeiiverzahmen
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 Durchbriiche
73, durch die das Medium zu- bzw. abfließen kann. Die Form der DeckscheV.e 74 entspricht im wesentlichen
der Ausführung der Deckscheibe 75.
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, 71 die in Fig. Il dargestellte Form von Schraubengewinden
mit großer Steigung an. Die dünnen Volumen zeigen dabei den theoretischen Verlauf der Schraubengewinde
11, 12 der Schraubenspindel!!, die mit den Pos. 82, 83, 84 gekennzeichnet sind. Dementsprechend
nehmen die Profilscheiben eine Stellung ein, die einem Schraubengewinde mil kleinerer Steigung entspricht,
wenn, wie es in Fig. 12 gezeigt ist, das Gehäuse 68 die in
Fig. 10 dargestellte Lage in der Nähe des Deckels 53
einnimmt.
In dem Diagramm gemäß F" i g. I 3 ist der Zusammenhang
von Förderfläche und Steigung in Abhängigkeil von der axialen Ersireckung der Wellen 46, 47, 48
wiedergegeben. Dem Diagramm liegen dieselben Abmessungen der Profilscheiben zugrunde, wie dem
Diagramm gemäß I-"i g. 3. d.h., innerhalb von 20 .Stufensprüngen wird die Förderfläche von 3,4 cm- auf
4,12 cm-' veründeri. Wird nun die 20 Slufenspriinge
umfassende Profilscheibenreihc auf den. wie dargestellt,
einen Bereich von 44 Stiifensprimge umfassenden, die
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
konsiatti. Mit den dargestellten Abmessungen der stufenlos regelbaren Schraubcnspindelmaschine kann
z. B. das Fördervolumen von ca. 27 cm1 auf ca. 21,5 cm1
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 odor durch größere
Stufensprünge für die Abnahme der Förderfläche kann das Fördervolumen in noch größcrem Maße verändert
werden.
Bei den dargestellten Ausführungen der Schraubenspindeln verändern sich die Zahnbreiten der seitlichen
Schraubenspindeln von dem Wert a\ zum Wert a^ und
die Zahnbreite der mittleren Schraubenspindeln von dem Wert b\ zum Wert k- 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 seitlichen
Schraubenspindel größenmäßig der linsenförmigen Überschnittfläche der Schraubengewindegänge der
Schraubenspindeln entspricht. Über die Schraubengewindeflanken werden somit keine wesentlichen Drehmomente
auf die seitlichen Schraubenspindeln übertragen.
Hierzu lOBlnlt Zeichnungen
Claims (5)
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. dein 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 Förderfläehe
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 (1, 2, 3; 27, 28, 29; 82, 83, 84) an der Druckseite (18)
größer ist als an der Saugseite (16).
3. Schraubenspindelpumpe ..ach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung und die Zahnbreite der Schraubenge» inde (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,
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