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Als Pumpe, Motor oder einfaches übertra?ungsgetriebe verwendbare Vorrichtung
aus zwei ineinander angeordneten Teilen mit dauernd in Berührung stehenden Zähnen
Es ist bekannt, bei umlaufenden Maschinen, wie Pumpen oder Motoren, ein Rad mit-
im Querschnitt epi- oder hypozykloidischen Profilen zu verwenden, das im Innern
eines Zahnkranzes liegt, dessen Zähne ebenfalls epi- oder hypozykloidische Profile
aufweisen, während dieAnzahl der Zähne gegenüber der des Zahnrades um eine oder
mehrere Einheiten größer ist. Die Zähne der ineinander angeordneten Teile stehen
dabei dauernd in Berührung.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung kennzeichnet sich dem Bekannten
gegenüber dadurch, daß die Zähne als Schraubengewinde, die konstante oder abnehmende
oder Zunehmende Steigung haben, ausgebildet sind und da.ß in jedem Querschnitt das
Verhältnis der Gewindesteigung am äußeren Teil zu der Gewindesteigung am inneren
Teil das gleiche ist, wie das Verhältnis der Anzahl der Gewinde an den betreffenden
Teilen.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, die schädliche Reibung auf ein Mindestmaß
herabzusetzen, weil die Berührung nur gemäß Linien stattfindet, ferner ein vollkommenes
und leicht zu erreichendes Abdichten zu ermöglichen. Bei den vorstehend erwähnten
Kapselgetrieben wird das innere Rad zwischen zwei Platten gehalten, und es ist schwierig,
die Abdichtung an diesen Platten ohne übermäßige Reibung zu sichern, weil die Berührung
auf sehr großen Flächen stattfindet.
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Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß
die Bahn der Flüssigkeit beim Eintritt und beim Austritt geradlinig ist, wodurch
die Strömungsverluste vermindert «-erden.
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In der nur beispielshalber beiliegenden Zeichnung stellen dar: Fig.
i eine Vorrichtung nach der Erfindung, wobei der schraubenförmige Außenteil im axialen
Schnitt und der schraubenförmige Innenteil im Aufriß veranschaulicht ist, Fig. 2
einen waagerechten, Schnitt nach der. Linie 2-2 der Fig. i, Fig. 3 eine ähnliche
Ansicht wie in Fig. i dargestellt für eine andere Ausführungsform, Fig. 4. einen
waagerechten Schnitt entsprechend der Linie 4-4 der Fig. 3, Fig.5 eine ähnliche
Ansicht wie die in Fig.3 dargestellte, jedoch mit abnehmenden bzw. zunehmenden Steigungen,
Fig. 6 einen Querschnitt entsprechend der Linie 6-6 der Fig. 5, Fig. 7 den Riß zweier
durch die Verbindung von Epizykloiden und Hypozykloiden entstandener Profile, Fig.
8 eine Kurvenschar, die lediglich aus Hypozykloiden und Umhüllungskurven der besagten
Hypozvkloiden entstanden ist,
Fig. 9 schematisch einen senkrechten
Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. io einen senkrechten Teilschnitt
entsprechend der Linie io-io der Fig. 9, Fig. ii den senkrechten Längsschnitt einer
anderen Ausführungsform, Fig. 12 einen senkrechten Querschnitt einer Vorrichtung
nach der Erfindung, woraus die mittels Getriebe bewirkte Führung des inneren Schraubenteils
ersichtlich ist.
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Entsprechend dem in den Fig. i bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
besteht die der Erfindung zuärunde liegende Vorrichtung in einem Getriebe, welches
sich aus zwei ineinander befindlichen Schraubenteilen i und 2 mit parallelen, jedoch
nicht zusammenfallenden Längsachsen zusammensetzt. Der Außenteil i besitzt ein Schraubengewinde
oder einen schraubenförmigen Zahn mehr als der InnenschraubenföFmigen ahn mehr als
der Innenteil 2. In dem in der Fig. i und .2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel
besitzt der Teil i vier Schraubengewinde. der Teil 2 somit drei Schraubengewinde.
Im Beispiel gemäß den Fig. 3 und 4 sind die Teile i und 2 mit drei bzw. zwei Gewinden
ausgerüstet. Selbstverständlich kann die Zahl der Gewinde an den beiden Teilen beliebig
groß sein, muß sich jedoch stets um eine Einheit unterscheiden.
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Der Innenteil e ist derart ausgeführt, daß jeder Zahn mit dem Außenteil
i beständig in Berührung bleibt.
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Schließlich sind die Schraubensteigungen der beiden Teile für jeden
Querschnitt in dein Verhältnis der Zähnezahlen gewählt.
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Zur Durchführung der Erfindung können verschiedene bekannte Getriebeprofile
dienen, z. B. eine Profilschar, in welcher jedes einzelne Profil aus Epizykloiden-
und Hypozykloidenkurven entsteht, wobei diese Kurven auf dem entsprechenden Grundkreis
durch erzeugende Kreise, deren Durchmesser dem Abstand zwischen den Mittelpunkten
der beiden Grundkreise gleich ist, beschrieben werden. jede Zahnzahl ist vom einzahnigen
Innenprofil ab anwendbar.
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Fig. 7 veranschaulicht beispielsweise zwei verwendbare Profile.
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Eine zweite Kurvenschar läßt 'sich folgendermaßen erzeugen: jedes
der äußeren oder inneren Profile besteht aus Hypozykloidenkurven, die in dem entsprechenden
Grundkreis durch erzeugende Kreise beschrieben werden, deren Halbmesser dein Abstand
zwischen den Mittelpunkten der Grundkreise, d. h. der Entfernung zwischen den Längsachsen
der beiden mit Schraubengewinden versehenen Teile i und 2 gleich ist.
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Fig.8 veranschaulicht beispielsweise eine Profilschar, bei der die
Profile sich durch die Umhüllungskurven von auf den obenerwähnten Profilen rollenden
Kreisen mit demselben Halbmesser für die äußeren und inneren Profile ersetzen lassen.
In Fig. 8 ist das Profil durch die Umhüllungskurve von Kreisen, deren Durchmesser
dem Abstand 03-o', 04-0s gleich ist, gebildet; doch kann der Durchmesser beliebig
sein.
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In dem Falle eines einzigen Zahnes ist diese Umhüllungskurve ein Kreis
mit dem Mittelpunkt a, der sich um o6 dreht. Das zweizahnigeGetriebe wird ein symmetrisches
Profil, das sich um 0s dreht usw. Ebenso können andere Profile angewendet werden,
die den vorerwähnten mehr oder weniger ähnlich sein können oder die durch ähnliche
Methoden voneinander abgeleitet sind.
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Die oben beschriebenen Profile sind schraubenförmig gewunden und in
jedem Querschnitt ist das Verhältnis der Gewindesteigung am äußeren Teil zu der
Gewindesteigung am inneren Teil gleich dem Verhältnis der Anzahl der Gewinde an
den-betreffenden Teilen.
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In dem Beispiel nach den Fig. i und 2 verwendet man die Hypozykloiden
a b c, d d e f
der Fig. B. Die Schraubengewinde entstehen folgendermaßen:
Beim Schraubenteil i beschfeibt der zum Profil a1 d e f gehörige Punkt o-'
die Achse x x', deren Projektion o3 ist, während der Punkt a1 des Profils
dl d e f
die Schraubenlinie a1 hl' a;' (Fig. i) beschreibt; beim Schraubenteil
2 beschreibt der Punkt 04 des Profils a2 b c die Achse y y', deren Projektion o4
ist, während der Punkt a2 des Profils a2 b c die Schraubenlinie a2 a.' a='
beschreibt. Das Verhältnis der Schrauben-» steigungen 2L 2L" ist wie 4 : 3; :e z
bzw. y y' sind die Drehachsen der Teile i und 2.
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Im Beispiel gemäß den Fig. 3 und 4. benutzt man in derselben Weise
die aus den Hypozykloiden abgeleiteten Umhüllungskurven.
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Die schraubenförmige Aufwindung der Profile um ihre Drehachsen erzeugt
zwischen den beiden Schraubenteilen i und z Räume oder Kammern, deren Länge dem
Schraubengang des Innenteils gleich ist.- Im Beispiel der Fig. i und 2 schneidet
jeder Querschnitt bald drei, bald vier Räume, deren Querschnitte während der relativen
Bewegungen; der beiden Schraubenteile i und 2 wechselweise zunehmen und abnehmen.
Die Querschnitte dreier solcher Räume sind mit A, B, C be-
zeichnet. Im Beispiel
nach den Fig. 3 und 4. schneidet jeder Querschnitt zwei oder drei Räume. Zwei derartige
Räume A und 13 sind in Fig.4 dargestellt. Läßt man den Innenteil 2 im Außenteil
i eine relative Rollbewegung ausführen, so verschieben sich die obenerwähnten Räume
(ohne ihre Form* zu verändern, wenn die Schraubensteigung konstant
ist)
mit schraubenförmiger Bewegung entlang dem äußeren Teil i.
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Wenn die Vorrichtung als Pumpe oder 1Iotor verwendet wird, so muß
sie dicht sein, d. h. stets mindestens einen abgeschlossenen Raum zwischen ihren
beiden Enden haben; es müssen also, wie ersichtlich, die Schrauben des Außenteils
i mindestens einen Schraubengang besitzen.
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Selbstverständlich ließe sich derselbe Zweck auch dann erreichen,
wenn: sowohl der äußere als auch der innere Teil aus mehreren Gliedern bestände,
welches auch die Art dieser Teilung wäre (Schraubenteile, bestehend aus zylindrischen
und stufenförmig angeordneten Gliedern von geringer Höhe oder aufeinander gestapelten,
seitlich zueinander' verschobenen Flachstücken usw:).
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In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Schraubengänge
konstant und die Räume l1,13, C behalten ebenfalls während der Umdrehung ein konstantes
Volumen. Diese Schraubengänge können auch gleichmäßig zu- oder abnehmen, wie dies
in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist. In diesem Falle müssen die Schraubensteigungen
des äußeren und inneren Teiles in jedem Querschnitt das Verhältnis der Zahn- bzw.
Gewindezahlen beibehalten.
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Man wird ersehen, daß im Gegensatz zu Schrauben mit konstanten Steigungen
die Teile i und 2 in ihren Längsachsen keine relative Gleitbewegung ausführen können.
Bekanntlich ändern die Räume A, B «während der Drehung infolge ihrer Verschiebung
ihre Voluinen. Diese Eigenschaft kann beispielsweise bei verdichtbaren Fluiden ausgenutzt
,-erden, um nach bestimmten Gesetzen eine Verdichtung oder Entspannung zu erzielen.
Vorausgesetzt, daß die Schraube-des Außenteils i mehr als einen Schraubengang besitzt,
ermöglicht die Pumpe ohne -Anwendung von Rückschlagventilen einen Abfluß unter Druck
oder eine Entspannung irgendeines Fluidums. In diesem Falle nehmen Druck oder Entspannung
erst nach dem ersten Schraubengang des Außenteils zu.
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Die Grundkreisdurcliniesser der Schrr:ubenteile i und 2 können sich
auch gleichni;ißig oder ungleichmäßig ver:iiidern, so daß die Längsachsen der beiden
Teile i und .2 zusammenlaufen.
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In dein in Fig. ä dargestellten Falle kann man auch nur den Durchmesser
jener Kreise regelmäßig oder unregelmäßig verändern, deren Mittelpunkte sich auf
den Hypozykloiden verschieben, wobei die beiden Achsen parallel bleiben.
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Die Achsen der Teile i und 2 können. wie beschrieben, entweder parallel
sein oder sich schneiden. Selbstverstiindlich können diese Teile i und 2 auch kegelförmig
ausgebildet sein und parallele Achsen haben.
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Die Fig. 9 bis 12 veranschaulichen als Beispiele Verwendungsformen
der beschriebenen Vorrichtung. Es würde sich an der Erfindung nichts- ändern, wenn
man eine andere Vorrichtung anwenden würde, sofern dieselbe die Rollbewegung der
beiden Teile ineinander zu-1<lßt.
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Im Beispiel nach Fig. 9 sind die beiden der Fig. i entsprechenden
Teile i und 2 der Einfachheit halber durch Zylinder mit gleichem Durchmesser wie
die Grundkreise dargestellt. Zwei als Lager ausgebildete Teile 3 sind an Tragteilen
4. befestigt, die als Zu- und Abflußrohr dienen. Die zylindrische Außenfläche der
Teile 3 besitzt dieselbe Achse wie der äußere Schraubenteil i. Einer dieser Teile
3 besitzt eine öffnung für den Durchgang der den inneren Schraubenteil -- und eine
Antriebsscheibe 6 tragenden Welle 5.
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- Bringt man die Antriebsscheibe 6 in Um= drehung, so dreht sich der
Innenteil e mit und treibt den Außenteil i mit einer Geschwindigkeit von 213 an.
Je nach der Drehrichtung des Teiles 2 wird das Fluidum von einem Ende der Pumpe
zum anderen befördert.
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Man könnte ebensogut den Außenteil i unmittelbar durch einen umgelegten
Riemen antreiben, wodurch die Durchquerung des Teiles 3 durch die Welle 5 vermieden
wird.
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Wird ein Fluidum unter Druck durch eine der Leitungen q. zugeführt,
so wirkt die Vorrichtung als Motor und die andere Leitung als Ableitung. Die entwickelte
Kraft kann entweder an der Antriebsscheibe 6 oder am Außenteil i übernommen werden.
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Im Beispiel nach Fig. i i ist der äußere Schraubenteil i feststehend,
während der Innenteil e innerhalb des Außenteils um eine zum Außenteil exzentrisch
angeordnete Achse 5 kreist, die selbst um die Achse des Außenteils i kreist. Bringt
man die Antriebsscheibe 6 zur Umdrehung, so rollt der Innenteil 2 innerhalb des
mit dem Träger 7 in einem Stück ausgeführten Außenteils i. Je nach der Drehrichtung
wird das Fluidum von einem Ende der Pumpe zum anderen befördert. -Wird ein Fluidum
unter Druck durch eine der öffnungen q. herangeführt, so wirkt die Vorrichtung als
Motor und die andere öffnung als Auslaß, während die erzeugte Leistung an der Antriebsscheibe
6 abgenommen werden kann.
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Fig. 12 zeigt ein Ende einer ähnlichen Vorrichtung wie die in Fig.
i i dargestellte. In dieser Vorrichtung trägt der Innenteil e ein Zahnrad 8, das
mit einem vom Außenteil i getragenen Kranz mit Innenverzahnung 9 in
Eingriff
steht. Zahnrad 8 und Zahnkranz 9 besitzen eine beliebig große Verzahnung, doch ist
das Verhältnis der Zähne dasselbe wie das Verhältnis der Zahn- bzw. Gewindezahlen
bei den Schraubenteiler., so daß die relative Lage dieser Teile durch dieses Zahnrad
und diesen Zahnkranz gesteuert wird. Durch diese Vorrichtung vermeidet man den Verschleiß
der Schraubenteile (Pumpe oder Motor), die so bis in Berührungsnähe eingestellt
werden können.
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Selbst-, erständlich können die beschriebenen Vorrichtungen oder ihre
Abarten auch als gewöhnliche Zahnradübersetzung benutzt werden; dies ist besonders
vorteilhaft bei übersetzungen wie 11_, =13, % usw.; die mit einem Minimum an Zähnen
(i und 2, 2 und 3: usiv.) zu erzielen sind. Die Vorrichtungen nach Fig. i und 3
können ein solches Paar von Zahnrädern mit den Verhältnissen 3j4 und °13 darstellen.
Die Bedingung bezüglich der Länge der Schraubenteile kommt nicht mehr in Frage,
doch ist der Antrieb regelmäßiger, wenn diese Länge groß genug ist und mindestens
einen Bruchteil der Schraubengänge eines Schraubenteils erreicht, der dem Schraubengang,
geteilt durch die Zahl der Zähne des betreffenden Teiles, gleich ist.
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Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht nur auf die dargestellten
und beschriebenen Ausführungsformen und Anwendungsweisen, die lediglich als Beispiele
gedacht sind.