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Pumpe oder Motor, insbesondere für Flüssigkeitsgetriebe In dem Patent
455 967 ist eine Vorrichtung beschrieben, die als Pumpe oder Motor verwendet werden
soll und aus zwei zusammenwirkenden, von einem Gehäuse dicht umschlossenen Schrauben
besteht, welche mit Gewinde von einander entgegengesetzter Richtung versehen und
von denen die eine Schraube mit konvexen, die andere mit konkaven Schraubenflächen
versehen ist und nach entgegengesetzten Richtungen umlaufen. Diese beiden Schrauben
wirken zusammen wie ein Kolben, welcher bei der Drehung der Schrauben das innerhalb
des Gehäuses befindliche Gas oder die Flüssigkeit in axialer Richtung längs den
Schrauben treibt. Beide Schrauben wirken somit zusammen, und beide leisten eine
gewisse Arbeit. Zweckmäßig wird nur die eine Schraube angetrieben, und es ist dann
notwendig, einen gewissen Teil der Leistung durch Zahnräder von der Welle der einen
Schraube auf die der anderen zu übertragen. Diese Zahnräder erhalten aber sehr große
Abmessungen, falls die zu übertragende Leistung einigermaßen groß ist, und auch
bei kleinen Apparaten bedeuten sie eine lästige Verwicklung, deren Vermeidung. von
großer Bedeutung ist.
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Vorliegende Erfindung betrifft eine solche Anordnung der Schrauben,
daß die eine Schraube gänzlich oder fast gänzlich von aller Arbeit entlastet wird
und die Arbeit somit gänzlich oder hauptsächlich von der anderen Schraube geleistet
wird.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die Querschnittsfläche
der mitlaufenden Schraube B derart gewählt ist, beispielsweise etwa nach der Formel
02 = A2, daß die zur Drehung dieser Schraube erfordeiliche mechanische Arbeit vermindert
wird.
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Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Anordnung gemäß der
Erfindung veranschaulicht, wobei Abb. z eine Seitenansicht und Abb. a einen Grundschnitt
in größerem Maßstabe der beiden Schrauben ohne Gehäuse zeigt. Das Gehäuse hat die
in dem genannten Patent gezeigte Form und ist, wie dort, mit einem 8-förmigen Querschnitt
versehen und paßt zu der Außenseite der beiden Schrauben.
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Um die Erfindung zu verdeutlichen, ist es notwendig, zuerst diejenigen
Umstände klar zu machen, die auf das Arbeitsvermögen und die Abmessung der Schrauben
Einfluß haben.
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Es ist klar, daß, wenn die Schrauben A und B in einer gewissen Lage
stehen, ihre Gewinde zusammen ein zusammenhängendes System bilden, welches wie ein
Kolben die 8-förmige Bohrung im Gehäuse abschließt.
Bei der Drehung
der Schrauben wird das abschließende Gewindesystem in axialer Richtung um ein Stück
entsprechend der Gewindesteigung für jede Umdrehung verschoben. Das Volumen, welches
dabei verdrängt wird, entspricht einem Zylinder mit einer Bodenfläche gleich der
Projektionsfläche der 8-förmigen Bohrung, dessen Höhe gleich der Steigung ist. Von
dem genannten Volumen muß aber das Volumen der Schraubengewinde je Umdrehung abgezogen
werden. Das Schraubenvolumen dagegen ist gleich dem Volumen eines Zylinders, dessen
Grundfläche gleich der Gesamtquerschnittsfläche der Schraube und dessen Höhe gleich
der Gewindesteigung ist.
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Mathematisch ausgedrückt ist das Volumen, welches bei einer Umdrehung
der einen Schraube verdrängt (vorwärts gepumpt) wird, v=A8XS-(G,+G.)XS, wo AS den
Querschnitt der $-förmigen Bohrung, G, den Querschnitt der eingängigen Schraube
A, G. den Querschnitt der zweigängigen Schraube B, wobei alle diese Schnitte senkrecht
zur Achse genommen sind, und S die Steigung der um eine Umdrehung ,gedrehten Schraube
bezeichnet.
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Die Pumpenarbeit ist, falls der Unterschied zwischen dem Flüssigkeitsdruck
je Flächeneinheit zwischen der Druck- und der Saugseite der Schrauben p ist, E-pV-pS(AR-G,-G,).
Die Flüssigkeit übt gegen die« Schraubenflächen einen Druck aus, welcher für beide
Schrauben zusammen p X AS beträgt. Die Fläche A, kann aber auf beide Schrauben verteilt
werden, und wenn die betreffenden Querschnittsflächen der Schrauben mit A, und A,
bezeichnet werden, d. h. A$-A,+A" so wird offenbar die Arbeit E auf die beiden Schrauben
verteilt.
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Die Arbeit der eingängigen Schraube je Umdrehung E, = p S
(A, - G:J Die Arbeit der zweigängigen Schraube je Umdrehung E;
- p S (A2 - G@).
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Wenn die Schraubenschnitte G, und G= derart bemessen werden würden,
daß entweder A, - G, oder AZ - G.; so würde El bzw. E, = o werden. Eine Untersuchung
zeigt, daß Al wesentlid11 größer ist als A,, weshalb es wohl möglich ist, daß E.
= o, nicht aber, daß E'1= o wird.- Wenn somit G2 =--A, wird,. so wird
die ganze Arbeit von der eingängigen Schraube A ausgeführt, und die zweigängige
Schraube B dient lediglich als eine mitlaufende Abdichtung.
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Bei der in Abb. i und 2 gezeigten Vorrichtung, d. h. einer eingängigen,
von außen getriebenen Schraube A und einer zweigängigen mitlaufenden Schraube B,
wird die Querschnittsfläche A, gleich der Ouerschnittsfläche der Schraube vermindert
um zweimal diejenige Querschnittsfläche 1-2-3-4-5-6-7-8-i in Abb. 2, in welcher
die Gewinde der Schrauben einander überdecken.
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Falls die zweigängige Schraube mitlaufen soll, ohne Arbeit auszuführen,
muß somit ihre Querschnittsfläche 8-1-9-r0-11-12-13-5-6-4-3-2-8 in Abb. 2 der Fläche
1-9-14-11-15-13-5-4-3-2-1, d. h. der kreisförmigen Projektion der Schraube, vermindert
um die doppelte linsenförmige Deckfläche 1-2-3-4-5-6-7-8-1, entsprechen.
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Da die Erfindung den Zweck hat, ein Mindestmaß von mechanischer Kraft
auf die mitlaufende Dichtungsschraube B zu übertragen, so ist es zweckdienlich,
die Schrauben derart auszuführen, daß der Flüssigkeitsdruck ein geringes Moment
ausübt, welches gerade hinreichend ist, um die Reibung bei der Drehung der Schraube
zu überwinden. Wird die Vorrichtung als Pumpe verwendet, muß daher die zweigängige
Schraube B etwas überkompensiert ausgeführt werden, d. h. den Schraubennuten 5-2-3-4-6
bzw. io-ii-i2 muß eine etwas geringere Ouerschnittsfläche gegeben werden als der
Deckfläche 1-3-5-7 bzw. der entsprechenden Fläche 14-11-15-16. Wenn dagegen die
Vorrichtung durch den Druck der Flüssigkeit getrieben wird, so wird dieselbe Schraube
etwas unterkompensiert ausgeführt, d. h. denselben Schraubennuten wird eine etwas
größere Ouerschnittsfläche a lL s der Deckfläche gegeben.
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Dadurch, daß die mechanischen Kräfte zwischen den Schrauben auf ein
Mindestmaß herabgesetzt werden können, wird die in Abb. i und 2 gezeigte sehr einfache
Anordnung, d. h. eine Zusammenkupplung einer Treibschraube und einer mitlaufenden
Schraube, bei so großer Steigung der Schrauben ermöglicht, daß die eine Schraube
A die andere Schraube B ohne Vermittlung von Zahnrädern oder irgendwelchen anderen
Kraftübertragungsvorrichtungen treibt.