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Förderkörper für Viskositätspumpen mit kurvenförmigen Fördernuten.
Die Erfindung betrifft Viskositätspumpen mit Förderung in kurvenförmigen .Kanälen,
die bisher in Form von Sch:raubennuten-Viskositätspumpen ausgeführt worden sind.
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Soweit überhaupt bei Schraubennutenpumpen auf Erzielung einer bestimmten
Charakteristik, d. h. auf Einhaltung einer vorgeschriebenen Fördermenge bei einem
gegebenen Druck Wert gelegt wunde, ist dies bisher höchstens durch Veränderung der
Nutenbreite und -tiefe, der achsialen Länge, des Durchmessers und der Geschwindigkeit
-der Pumpe angestrebt worden. Es ist zwar auch schon vorgeschlagen worden, den Pumpendruck
.den gegebenen Verhältnissen durch Änderung der Steigung anzupassen; dies wurde
jedoch in Übereinstimmung mit der herrschenden Anschauung - ganz im Gegensatz zur
Erfindung - dadurch angestrebt, d'aß j e höher der Druck werden sollte, um so kleiner
die Steigung (Ganghöhe) gewählt wurde. Zur Erzielung höchsten Druckes wurde bisher
die kleinste Steigung gewählt.
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Es besteht bisher nämlich die Annahme, .daß bei der Viskositätsförderung
Geschwindigkeit und Länge der @gegeneinander bewegten Flächen und deren Entfernung
voneinander für die Erzeugung des Druckes allein maßgebend seien, während für die
Erzielung einer bestimmten Fördermenge der zur Verfügung stehende Querschnitt der
Nut den Ausschlag gebe. Während dies für eine geradlinige oder kreisförmige -Bewegung
im großen und ganzen zutrifft, gilt das Gesetz nicht mehr für eine Schrauben- oder
andere K urvenbewegung der Flüssigkeit. Die folgenden Erwägungen, !die der Erfindung
zugrunde liegen, haben dies erwiesen.
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Wenn die Lage des Kanals flach ist, d. h. wenn sich -die Lage
der Achse des Kanals der Richtung der Drehbewegung nähert, gilt folgendes: r. die
Komponente der Förderung in Richtung der Umdrehungsgeschwindigkeit erreicht ihr
Höchstmaß, diejenige in Richtung .der Drehachse, in der auch die Flüssigkeit schließlich
gefördert werden soll, ihr Mindestmaß. 2. Die Zahl der hintereinander geschalteten
Windungen ist .die größtmöglichste, was di:e Druckerzeugung günstig beeinflußt.
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3. Der Einströmungswinkel ist .ungünstig bei den meisten Zuführungsrichtungen,
besonders bei achsialer Zuführung.
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4.. Der Gesamtförderungsquerschnitt senkrecht zur Förderrichtung in
der Nut wird ein Mindestmaß. Die Zahl der Gänge der Nuten wird am kleinsten. .
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Aus 3 und q. folgt: ' a) daß idie Förderung sehr gering wird, b) daß
auch der Druck gering wird,. weil der Verluststrom der geförderten Flüssigkeit,
welcher von .den Nuten durch den Spalt nach dem Saugend zurückfließt, annähernd
konstant bleibt und prozentual größer wind', j e kleiner die Fördermenge wird. Dieser
Druckverlust ist bei der Grenzlage sehr bedeutend.
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5. Die zur Dichtung verfügbare Gesamtbreite der Kämme wird ein Mindiestmaß,
deshalb sinkt der Druck. .
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Die Erwägungen führten zu einem Förderkörper für Viskositätspumpen
mit kurvenförmigen Fördernuten, die je nach dem geförderten Druck, der gewünschten
Leistung dder der Fördermenge in folgender Weise auszubilden sind: Zur Erzielung
einer möglichst großen Leistung ist der Förderkörper mit einem Gewinde auszurüsten,
für welches der Taugens ,des Steigungswinkels 0,o8 bis 2,5 beträgt, während) er
zur Erreichung möglichst hohen Druckes zwischen 0,03 und' r und zur Erzielung
möglichst großer Fördermenge zwischen 0,125 und 3 liegt.
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Unter Taugens des Steigungswinkels ist hierbei das Verhältnis von
Ganghöhe zu dem Umfang des Zylinders verstanden.
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Bisweilen werden Viskositätspumpen für einen höheren Druck gebaut,
als sie wirklich betrieben werden und haben hierbei dann die entsprechende größere
Fördermenge. Diese Pumpen sind sowohl= solche für hohen Druck als auch für große
Fördermenge, unddas Gebiet der Tangenten ih rer Steigungswinkel liegt zwischen den
angegebenen äußersten Werten des Gesamtgebiets.
Früher sind Pumpen
zur Erzielung möglichst hohen Druckes mit Steigungen von weniger als 0,015
gebaut worden, weil bei diesen kleinenTangenten di,e Gesamtlänge der Nut bei gleicher
achsialer Länge des Förderkörpers außerordentlich groß wird und man annahm, daß
der Druck daher bedeutend sein müsse. Er beträgt jedoch bei @diesen Steigungswinkeln
weniger als '-/a des Wertes, der durch die Erfindung erreichbar ist.
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Wenn in; diesen Ausführungen gesagt wird, @daß es bei der Wahl dieses
Steigungswinkels auf Erzielung z. B. eines, hohen Druckes ankommt, so ist dämit
nichtgemeint, @daß die Pumpe eine wesentliche Förderleistung haben -soll, bei der
der Druck lediglich ein ungewöhnliches Maß erreicht, sondern die Pumpe soll der
Druckerzeugung dienen, ohne im wesentlichen zu fördern, wie das bei Wellendichtungen,
bei allen Pumpen zur Erhaltung eines statischen Druckes usw. vorkommt. Meistens
stellt bei solchen Anordnungen @d'ie bewegte Flüssigkeitsmenge im wesentlichen lediglich
einen Verlust dar.
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,Etwa umgekehrt liegen die Verhältnisse, wenn es im Rahmen dieser
Beschreibung auf große Fördermengen ankommt.
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Außer durch die richtige Wahl der Steigung lassen sich namentlich
die Fördermenge und Leistung häufig wesentlich erhöhen, wenn Gewinde verschiedener
Steigung angewandt ,verden oder 'der Steigungswinkel der Fördernut sich ändert.
So wird zuweilen bei kleinen Steigungswinkeln die Ausbeute erhöht, wenn an der Sauigseite
der Pumpe die Tangente :größer ist als nach dem Druckende hin.
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Der Grund hierfür liegt teilweise darin, ,daß ein günstiger Einströmungswinkel
erzielt wird.
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Solche Ausführungen sind in A#bb. i und 2 gezeichnet, und zwar stellt:
Abb. i eine Nut mit einem sich allmählich ändernden Steigungswinkel dar, während
in Abb.2 der Winkel sich plötzlich ändert.
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In diesem Fall läßt sich der Schraubenkörper vorteilhaft aus mehreren
Stücken zusammensetzen, woduTcli die Bearbeitung vereinfacht wird, (dis in jedem
der Stücke der Steigungswinkel konstant bleibt.
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Es ist ersichtlich, @d'aß der Ouerschnitt der Nut an der Unströmungsstellebei
dieser Anordnung .größer wird, was für die Einströmung günstig .ist, während der
übrige Teil ,der Nut mit seinem geringeren Steigungswinkel für .den Druck oder die
Leistung günstiger ist.
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Wie eingangs angedeutet, bezieht sich die Erfindung nicht ausschließlich
auf Schraubenviskositätspumpen, sondern umfaßt ganz allgemein Viskositätspumpen,
bei denen kurvenförmige K "anäle beliebiger Ausgestaltung zur Förderung benutzt
werden. Die Kanäle brauchen .also nicht nur- auf zylindrischen Flächen zu liegen,
sondern können auch auf kegel- oder scheibeilförmi@gen Körpern angeordnet sein.
Im letzteren Fall nähern sie sich der Spi.ralform.
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Ein Sonderfall der Anwendung verschiedener Steigungen bei Kanälen,
.die auf einer Scheibe angebracht sind, liegt bei einer Viskositätspumpe vor, wie
sie in Aibb. 3 schematisch angedeutet ist. Die hTuten oder der Kamm verlaufen geradlinig
und parallel zu einem Radius. Sie binden verschiedene Winkel mit den Radien r, ri,
r=, r3, r4, die sie schneiden, und somit auch zu der Richtung der Antriebsbewegung,
die zu den Radien senkrecht steht.
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Wenn im vorstehenden von einem hohen Druck gesprochen wurde, so ist
@dieser Begriff nur als relativ aufzufassen, und zwar ist er nicht nur nm dem allgemein
gebräuchlichen Sinne relativ, denn die Höhe des Druckes von Viskositätspwmpen äder
die sich hieraus ergebende Geschwindigkeit der Förderflüssigkeit ist z. B. auch
abhängig von der Viskosität und! von Ader UmfangsgeschWindigkeit des Förderkörpers.
Wenn demnach z. B. bei C51 einige Atmosphären als hoher Druck angesehen werden,
so muß bei wenig viskosen Flüssigkeiten schon eine Druckhöhe von wenigen Zentimetern
als hoher Druck im Sinne der Erfindung gelten.