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Pumpe oder Motor, insbesondere für Flüssigkeitsgetriebe. Es sind i'umpen
oder Motoren für Flüssigkeitsgetriebe bekannt, die im wesentlichen au: zwei ineinandergreifenden
Schrauben bestehen, welche in einem sie dicht umschließenden Gehäuse angeordnet
sind. Die Schraubengänge der einzelnen Schrauben sind mit zwei verschiedenen Flanken
versehen, von denen die eine Flanke senkrecht zur Schraubenachse steht und entsprechend
der Kopfbahn der anderen Schraube verbessert ist, während die andere Flanke derart
geneigt zur Schraubenachse ausgeführt ist, daß die einzelnen Schraubenlinien dieser
Flanken sich in der Achsrichtung nicht überschneiden, und diese Flanken sich also
in der Achsebene berühren.
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Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß die Schraubenflächen
der einen Schraube konvex und die der anderen konkav ausgebildet sind, so daß die
Schrauben längs einer zusammenhängenden Linie gegeneinander abdichten, und daß die
Gangzahl z. B. nach der Formel st g - N G -j- n A, so gewählt ist,
daß ein von dem übrigen Teil der Gewindezwischenräume abgeschlossener, rings um
die Schrauben geschlossener Kanal entsteht.
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Auf den Zeichnungen werden einige Ausführungsformen des Gegenstandes
der Erfindung veranschaulicht.
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Abb. i ist ein Längsschnitt durch eine Pumpe oder einen Motor nach
der Erfindung, wobei die Schrauben teilweise geschnitten sind.
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Abb. 2 ist ein Oaerschnitt nach der Linie 2-2 der Abb. r.
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Abb. 3 ist eine Ansicht einer der Schrauben von Abb. i in größerem
-Maßstab.
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Abb. 4 ist ein Längsschnitt gewisser Teile der Schrauben nach Abb.
i und 2.
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Abb. 5 ist eine -Ansicht einer Schraube, ähnlich der in Abb.3, die
aber für die Zusammenarbeit mit einer Schraube mit einfachem Gewinde gemäß bekannten
Ausführungen bestimmt ist.
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Abb.6 ist ein Längsschnitt, ähnlich dem der Abb. ¢, bezieht sich aber
auf die Schraube nach Abb. 5.
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Abb.7 zeigt schematisch die Herstellung der zusammenwirkenden Schraubengewinde
und Nuten nach Abb. i und 2.
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Abb. 8 ist ein Längsquerschnitt durch eine doppelpaarige Schraubenpumpe
oder einen Motor nach der Erfindung.
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Bei der in Abb. i und 2 dargestellten Ausführungsform hat das Innere
des Gehäuse die Form von zwei einander schneidenden Zvlindern, die die Außenseiten
zweier Schrauben 2 und 3, die in diesem Gehäuse drehbar angeordnet sind, umgeben.
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Die beiden Enden des Innenraumes dieses Gehäuses sind durch zwei Endstücke
17 und
rS abgeschlossen, die auf (lern Gehäuse i befestigt
sind. Das Gehäuse i ist-mit einer Zufuhröffnung i .# und einer Abfuhröftnung 16
versehen, welche an den entgegengesetzten Enden des Gehäuses angeordnet sina.
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Die beiden Schrauben 2 und 3 sind auf zwei Wellen 6 bzw. 7 befestigt,
welche beide von j e zwei Kugellagern 8 getragen sind.
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Die Wellen 6 und 7 sind durch die Zahnräder 4 und 5 mit einem Übersetzungsverhältnis
von i : 2 verbunden. Die Gewinde der beiden Schrauben 2 und 3 sind verschieden,
indem die erste zwei Gewindegänge, die zweite aber nur einen besitzt. Zur Vermeidung
von achsialem Druck auf die Lager sind zwei Kolben i i bzw. 12 an den `Fellen befestigt,
welche in zwei zylindrische Aussparungen der Endstücken 17 bzw. 18 eingreifen.
Durch achsiale Durchbohrungen 61 bzw. 71 in den beiden Wellen 6 und 7 wird die Flüssigkeit
auf der anderen Seite der Schraube mit der Flüssigkeit im Ausgleichraum verbunden,
wodurch der Druck ausgeglichen wird. Die eine Welle 7 ist durch das Endstück 18
hindurch verlängert, und es sind Anordnungen vorgesehen, um diese Welle zu treiben,
oder, wenn dieVorrichtung als Biotor wirkt, um die Kraft der Welle .weiter zu übertragen.
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Um die Wirkungsweise leichter zu verstehen, wird angenommen, daß die
Welle 6 so gedreht wird, wie der Pfeil in der Abb. 2 angibt. Die Flüssigkeit, die
-durch eine nicht gezeigte Rohrleitung zu der Einflußöffnung 15 geleitet wird, wird
dann von dem Gewinde 9 der Schraube 3 und von dem Gewinde io der Schraube 2 gefangen
und zu dem anderen Ende der Schrauben überführt. Der Abfluß der Flüssigkeit geschieht
durch die Öffnung 16, an die eine zweite Leitung angeschlossen werden kann.
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Die Schraubenflächen sind von einer besonderen Art, sie werden durch
zwei zylindrische oder kegelige Flächen begrenzt. Die. Form der Schraubenflächen
ist so bestimmt, daß die Außenkante einer Schraube, eine Schraubenlinie, fortwährend
die Schraubenfläche der zusammenwirkenden Schraube berührt und gleichzeitig die
äußere Kante dieser letztgenannten Schraubenfläche die gegenüberstehende Schraubenfläche
der ersten Schraube berührt.
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Die Abb. 3 zeigt die Schraube 3 der Abb. i, die mit einfachem Gewinde
versehen ist. Die Schraube ist um 9o° gedreht, um die Berührungslinien gegen die
andere Schraube, die mit doppeltem Gewinde ausgeführt ist, durch eine grobe Linie
hervorzuheben.
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Die Summe des Radius R des Umfanges einer Schraube und des Radius
r der Bodenfläche der Schraubennuten der zweiten Schraube inuß stets, vom Spiel
abgesehen, dem Achsenabstand der beiden Schrauben gleich sein. Die Teile 19-2o,
22-23, 25-26, 28-29, 31-32, 34-35 und 37-38 der groben Linie in Abb.3 bezeichnen
die Berührungslinie des Umkreises einer Schraube gegen die Bodenfläche der Gewindenuten
der zweiten Schraube. Die Kurven 2O-21, ä1-22, 23-24, 24-25, 26-27, 27-28,
29-3O, 3o-31, 3=-33, 33-3-1 35-36 36-37 bezeichnen die Berührungslinie zwischen
den Kanten einer Schraube gegen die Schraubenflächen der anderen. Somit bezeichnet
z. B. die gebogene Linie 2o-21 eine Berührungslinie zwischen der Schraubenfläche
des Gewindes der Schraube 3 nach Abb. 3 und der Gewindekante der damit zusammenarbeitenden
Schraube :2 in Abb. i. Die gebogene Linie 21-22 bezeichnet eine Berührungslinie
zwischen der Schraubenfläche des Gewindes der Schraube 2 und der Gewindekante der
Schraube 3, und diese beider. Berührungslinien treffen im Punkte 21 miteinander
zusammen. Ebenso treffen sämtliche übrigen Kurvenlinien paarweise miteinander zusammen,
und zwar in den Punkten 24, 27, 30, 33 und 36, während die geraden Teile 19-2O,
22-23 usw. mit den erwähnten Kurventeilen zusammenhängen, und zwar in den Punkten
20, 22, 23, 25 usw. Abb_ 3 zeigt, daß diese Berührungslinie vom Beginn i9 bis zum
Ende 38 ununterbrochen ist.
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Als Vergleich zeigt Abb.5 eine ähnliche Schraube mit einfachem Gewinde
und mit Berührungslinien 39-40-41, 42-43-45-46-47-48-q 9 usw., wie.sie aussehen
würden, wenn die zusammenwirkende Schraube, die in den Abb. 3 und 5 nicht gezeigt
ist, ebenfalls eine Schraube mit einfachem Gewinde wäre. Auf Grund der verschiedenen
Steigung einer Schraube mit doppeltem Gewinde imVerhältnis zu einer mit einfachem
Gewinde, sind die Berührungslinien in den beiden Fällen ganz verschieden. Die Anordnung
nach Abb. 5 würde ganz ungeeignet sein, da die Berührungslinie zwischen den Punkten
41 und 42, 45 und 46, 49 und 50 usw. unterbrochen ist. Es ist eine ununterbrochene
Berührungslinie, wie die Abb. 3 zeigt, notwendig, um eine Flüssigkeitsabdichtung
zwischen den Schrauben zu erreichen. Die Abb.4 zeigt einen Schnitt durch das Schraubengewinde
9 und io von den Schrauben 2 bzw. 3 in Abb. i und 2. Zum Vergleich zeigt die Abb.
6 einen teilweisen Schnitt durch das Schraubengewinde der Schraube nach Abb. 5 und
eines Schraubengewindes der zusammenwirkenden Schraube mit einfachem Gewinde. Wie
aus Abb. 4 ersichtlich, sind erfindungsgemäß die beiden Schraubenflächen des Gewindes
io konkav und die des Gewindes 9 konvex, während gemäß AM. 6 die Schraubenflächen
sowohl des einen wie des zweiten Gewindes konkav sind.
Auch wenn
das Zahnräderübersetzungsverhältnis i : i ist. oder mit anderen Worten, wenn die
Anzahl der Schraubengewinde dieselbe für beide Schrauben ist, so könnten Schraubenoberflächen
von richtiger Form, die notwendig ist zur Abdichtung zwischen den Schrauben, erbalten
werden. In diesem Falle müßte aber die Größe der beiden Schrauben verschieden sein,
indem der äußere Durchmesser der kleineren Schraube als Maximum so groß ist, wie
der Durchmesser am Boden der Gewindenuten der größeren Schraube sein darf.
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Dieses Cbersetzungsverhältnis i : i würde aber von einem anderen Gesichtspunkte
aus unzweckmäßig sein. Um dies klarzulegen, ist eine schematische Ansicht der entsprechenden
Schraubengewinde der beiden Schrauben in Abb. 7 dargestellt. Diese Abbildung zeigt
die Anordnung der Schrauben gemäß Abb. i, wobei die schraffierten Teile das Gewinde
andeuten, die weißen Flächen aber die Nuten zwischen den Gewinden. Die Oberfläche
65-66-67-68 ist eine Ansicht der abgewickelten Oberfläche der Schraube 3 der Abb.
i, die beiden Flächen 66-67-69-7o und 65-68-7i-72 geben die Oberfläche der Doppelgewindeschraube
2 an. Letztere Fläche ist in zwei Teile geteilt, wobei die Trennlinie 7o-69 dieselbe
ist wie die Linie 72-7i. Eine Nut der Einzelgewindeschraube, beispielsweise 73-7-a-75-76,
steht in beiden Enden mit den angrenzenden Enden von einer Nut der zweiten Schraube
in den Punkten 73 und 75 in Verbindung. In diesem Falle, oder wenn die Schraube
2 Doppelgewinde hat, gehören diese Teile 75-77 und 73-78 der anstoßenden
Nuten zu demselben N utenteil, und die beiden entsprechenden Nutenteile der beiden
Schrauben stehen nur in Verbindung miteinander, sind aber von allen anderen Nuten
getrennt. Dieses ist notwendig für eine dichte Anordnung, aber wenn beide Schrauben
mit einfachem Gewinde oder beide mit doppeltem Gewinde versehen werden, so würde
eine unmittelbare Verbindung für die Flüssigkeit durch die Uten stattfinden. Für
zwei zusammemvirkeiide Schrauben ist es notwendig, daß die Anzahl g der Schraubengewinde
einer Schraube und die Anzahl G der Gewinde der zweiten Schraube der folgenden Forderung
entspricht: g- G + 1.
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Wenn mehrere Schrauben einer Art (n Schrauben mit ; Gewinde pro Schraube)
mit einer zentralen Schraube zusammenwirken ( (r Gewinde pro Schraube), so würde
diese Gleichung sein: il g= G + ia oder allge;nein finit 1I Schrauben von
einer Art und X Schrauben von der anderen Art n g = N G -'
n 11,-.
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Wenn also n =1, X = i, oder mit anderen Worten. wenn eine Schraube
mit nur einer anderen zusammenarbeitet, dann wiire es möglich, entweder die eine
Schraube finit einfachem Gewinde und die zweite finit do;>_pelteni Gewinde, oder
auch eine Schraube finit Doppelgewinde und die andere mit dreifachem Gewinde usw.
auszuführen.
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Arbeitet eine Schraube zusammen finit zwei nebenstehenden Schrauben
(7I = 21' = l), würde die Gleichung lauten 2 g = Q a, oder beispielsweise
g=:2, G=2. In diesem Falle könnten alle Schrauben mit doppeltem Gewinde ausgeführt
werden. Viele andere mehr verwickelte Anordnungen sind möglich, aber ihre praktische
Bedeutung ist nicht s0 groß.
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Um eine flüssigkeitsdichte Anordnung zu erzielen, müssen die Schrauben
genau zueinander sowie zum Gehäuse passen. Zu diesem Zweck ist es ratsam, die beiden
Schraubenflächen eines Gewindes mit ein wenig verschiedener Steigung auszuführen.
Selbstverständlich ist es notwendig, die entsprechende Steigung für die zusammenwirkenden
Schrauben anzuwenden. Als Beispiel kann die Schraube :2 der Abb. i mit :2 X 51 =
io2 mm Steigung für die obere Schraubenfläche des Gewindes und mit 2 X 5o - ioo
mm Steigung für die untere Schraubenfläche desselben Gewindes ausgeführt werden.
Der Schraube 3 mit einfachem Gewinde wird dann eine Steigung von 51 mm für die untere
Schraubenfläche, aber 5o mm Steigung für die obere Schraubenfläche gegeben. Die
Einstellung der Schrauben n#:t nötigem Spiel ist dann leicht, indem die eine Schraube
im Verhältnis zur anderen gedreht und gleichzeitig die nötige achsiale Verschiebung
der Schrauben bewirkt wird.
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Da die N utenbreite sich an den Punkten ändert, wo die Schrauben einander
abdichten. so würde man sich denken können, daß sich die eingeschlossene Menge der
Flüssigkeit in den Nuten verändert. Dies wird aber vermieden, wenn, wie in Abb.
i angegeben ist, die Abmessungen der beiden Schrauben gleich sind. In diesem Falle
ist die Vergrößerunder eingeschlossenen Flüssigkeitsmengen in einem Schraubengewinde
genau gleich dem Abnehmen der Mengen in der entsprechenden Nut der anderen Schraube.
Als Regel. auch wenn mehr als zwei Schrauben zusammenarbeiten, muß die Summe der
mittleren Durchmesser des Schraubengewindes dieselbe sein für die eine Art von Schrauben
(linke Drehung) wie für die andere Art (rechte Drehung).
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Der Durchfluß der Flüssigkeit durch de:i Spielraum zwischen den Schraub°n
und dein Gehäuse wird durch die Anordnung- einer oder mehrerer schraubenförmigen
hizlitungea in Nuten an der Außenseite der Schraube
vermieden. In
Abb..l -ist eine Anordnung wiedergegeben mit einer solchen Dichtung 83
in
der Mitte des Schraubengewindes. Abb.,. zeigt auch eine andere Anordnung,
wo zwei Dichtungen 84 in Nuten gerade in den Kanten des Gewindes angeordnet
sind, wodurch sie nicht nur gegen das Gehäuse, sondern auch gegen die Schraubenflächen
der anderen Schrauben dichten.
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Abb. 8 zeigt eine symmetrische Anordnung mit zwei Schrauben an jeder
Welle, eine mit linkem Gewinde und die andere mit rechtem. Die Welle 8> wird angetrieben
und zwei Zahnräder 86 und 87 geben einer zweiten Welle S8 eine entgegengesetzte
Drehung mit der halben Umdrehungszahl. Zwei Schrauben 89 mit einfachem Gewinde sind
an der Welle 83 befestigt und arbeiten mit zwei Doppelgewindeschrauben 92 bzw. 93
zusammen, die auf der Welle 88 befestigt sind. Die Flüssigkeit, die in die Endräume
des Gehäuses durch zwei üffnungen 9o hineinkommt, - wird durch alle Schrauben in
den mittleren Raum zwischen den Schrauben hineingetrieben und fließt durch die Öffnung
9i weg. Der achsiale Druck wird aufgehoben, wenn die Schrauben auf den Wellen befestigt
sind. Auch in diesem F_ alle ist ein Ausgleichkolben für eine der Schrauben vorteilhaft,
weil die Einstellung dadurch erleichtert ;wird. In der Abbildung sind beide Schrauben
89 und 92 auf den Wellen befestigt, während die Schraube 93 längs der Welle 88 verschiebbar
angeordnet ist. Die Schraube 93 ist mit dem Kolben 94. %-erl>uiiileii, der in eine
Aussparung im Zahnrad e j greift. Eine Bohrung 9ä in der Welle 88 verbindet die
Flüssigkeit außerhalb des Ausgleichkolbens mit der Flüssigkeit auf der anderen Seite
der Schraube, wodurch der Flüssigkeitsdruck auf die Schraube 93 ausgeglichen wird.
Auch diese Anordnung kann sowohl als Pumpe wie als Motor angewendet werden.
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Das Getriebe nach der Erfindung kann auch_ als Kraftübertragungsgetriebe
angewendet werden, indem sowohl die angetriebene als auch die treibende Welle mit
ähnlichen Anordnungen ausgerüstet werden, welche durch ein Paar Flüssigkeitsleitungen
verbunden sind. Ein veränderliches Übersetzungsverhältnis kann dadurch erhalten
werden, daß eine Anzahl derselben Anordnungen an der einen oder an beiden Wellen
angeordnet wird und durch die Verbindung dieser Anordnungen mit den Leitungen in
verschiedenen Kombinationen.
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Das Getriebe kann auch angewendet werden, um die Menge der Flüssigkeit,
die durch eine Leitung fließt, zu verändern. In diesem Falle werden zwei oder mehrere
der verschiedenen Anordnungen mechanisch miteinander verbunden und mit Flüssigkeitsventilen,
die verschieden eingestellt werden können, mit den Leitungen in verschiedenen Kombinationen
verbunden, so daß die verschiedenen Teile der Anordnung als Motoren bzw. als Pumpen
wirken, wodurch die Leistung der zu- oder abfließenden Flüssigkeit dazu benutzt
wird, um den Druck der in der Leitung -reiterfließenden Flüssigkeit zu vermindern
oder zu vergrößern. Die Vorrichtung kann auch als Meßapparat zum Angeben der Menge
einer Flüssigkeit, die durch eine Leitung fließt. verwendet werden.