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Schraubenpumpen oder Schraubenmotoren mit zwei oder mehreren ineinandergreifenden
Spindeln . Bei Schraubenpumpen oder Schraubenmotoren mit zwei oder mehreren ineinandergreifenden
Spindeln müssen die Spindeln zusammenhängende Berührungslinien aufweisen, von denen
eine Gruppe die beiden Seiten der Spindeln, die durch die gemeinsame Achsebene-
getrennt werden, abdichtet, während die zweite Gruppe der Berührungslinien eine
Abdichtung von einer Gewindenute der einen Spindel zur benachbarten Nute der anderen
Spindeln bewirkt.
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Zu dieser Forderung einer vollkommenen Abdichtung, die unibedingt
erfüllt sein muß, kommt noch die zweite Forderung, die Kraftübertragung von den
Haupt- zu den Nebenspindeln. über die Gewindeflanken dieser Spindeln selbst erfolgen
zu lassen, um auf die andernfalls notwendigen Stirnräder auf den Spindelwellen verzichten
zu können. Ferner besteht für die Herstellung immer die dritte Forderung, daß die
Schraubenflanken sich möglichst einfach herstellen lassen. ' Die bisher bekannten
Ausführungen erfüllen diese drei Forderungen nicht voll und ganz. Die Erfindung
bezieht sich auf Schraubenpumpen oder Schraubenmotoren mit zwei oder mehreren ineinandergreifenden
Spindeln, von denen mindestens eine mehrgängig ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Spindeln nur je eine Gewindekammflanke mit einem konkaven Ouerschnittsprofil,
die anderen Flanken aber ein Profil mit vorwiegend konvexem Querschnitt aufweisen.
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Die bei Zahnradpumpen an sich bekannten Evolventenprofile haben bei
den Schraubenpumpen oder Motoren den Vorteil einer dichten Anlage der Flanken gegeneinander
und sind gleichzeitig durch ihre abrollende Berührung für die Kraftübertragung besonders
gut geeignet. Die die Evolventen erzeugenden Tangenten stellen beim Ineinandergreifen
zweier zusammengehöriger Spindeln die gemeinsame Berührungslinie und gleichzeitig
die Eingriffslinie der Abwälzpunkte dar.
Ferner lassen sich Evolventenflanken
gerade wegen der erzeugenden Geraden leichter herstellen als irgendwie anders geformte
Flanken.
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Abb. i zeigt in der erfindungsgemäßen Ausführung zwei zweigängige
Spindeln ins Ouerschnitt. Die erzeugende Gerade ,. 3 der Evolventen e ist die gemeinsame
Tangente an die beiden Grundkreise a und b. Ihre Projektion auf die Schraubenfläche
stellt die gemeinsame Berührungslinie dar. Innerhalb der Grundkreise, wo die Evolv
enten nicht möglich sind; sind die Flanken unterschnitten nach der verlängerten
Zykloide, die die Außenkante der Ev olv enten der. einen Spindel beim Abrollen der
Teilkreise c, d in die andere Spindel einschneidet. Die anliegenden Schraubenflanken-
dichten sich also in der zusaminenhängenden Dichtungslinie i, 2, 3, 4. ab. Das ergibt
die Abdichtung zwischen den durch die gemeinsame Achsebene getrennten Seiten und
die für die. Kraftübertragung günstige abwälzende Berührung der Evolventenprofile,
und zwar derart, daß die Tangente 2, 3 die Eingriffsstrecke bildet. Indem die Grundkreise
kleiner als die Teilkreise bemessen werden, wird eine lange Eingriffsstrecke bzw.
Abdichtungslinie der Evolventehprofile und ein möglichst großes, leicht herzustellendes
Evolventenstück erzielt.
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Wie aber die Abb. 3, die eine bekannte Aus-, führung zeigt erkennen
läßt, ist finit der Ausbildung der Flanken als Evolventenprofile noch nicht die
Abdichtung von, einer Nute der Spindel zur benachbarten Nute der anderen Spindel
gegeben. In Abb.3, welche dies genauer veranschaulicht, sind die in Wirklichkeit
als Sinuslinfen sich' projizierenden Schraubenlinien der Einfachheit und Übersichtlichkeit
halber als gerade Zickzacklinien dargestellt. Die strichpunktierten Zickzacklinien
geben die auf den Außendurchmesser der Spindeln liegenden Endpunkte der radialen
Teilungsgeraden wieder, die in Abb. i und 2 senkrecht aufeinanderstehen, womit sie
in Abb. 3 das Steigungsmaß S in d. gleiche Teile S14 teilen. Die wirklichen Kanten
der Schraubenflanken ei, e., e3, e4 mit den äußeren Zylinderflächen der Spindeln
liegen jedoch oberhalb bzw. unterhalb dieser strichpunktierten Linien, da, wie Abb.
i und -2 zeigen, die konvexen Evolventenflanken s:cli gegen den Außendurchmesser
hin von den radialen "Teilungsgeraden weit zurückschwingen, so daß die zylindrischen
Flächen der Gewindekämme eine geringere axiale Breite haben als die Nuten außen,
und das umschließende Pumpengehäuse nur an den in der Abb. 3 senkrecht schraffierten
Stellen berühren. Wie aus dieser Abbildung ersichtlich, sind die Berührungsflachen
keine zusammenhängenden Flächen; es kann daher die Förderflüssigkeit von einer.>
NTute zur benachbarten Nute der anderen Spindel weiter und weiter wandern, entsprechend
dem in Abb. i eingezeichneten abgebogenen Pfeil, trotzdem eine Abdichtung der Evolventenflanken
von der vorderen, sichtbaren gegen die hintere Seite der Spindeln gewährleistet
ist, wie aus Abb. i ersichtlich ist.
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Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß eire Flanke der mehrgängigen
Spindeln unterschnitten und als Zykloide N, N (Abb. i und d.) ausgebildet. Der Zusammengriff
dieser Flanken erfolgt entsprechend den in Abb. i gezeichneten Spindeln nach einer
Drehung um iSo°. Diese Drehung ist auf der rechten Seite der Abb. i gestrichelt
eingezeichnet. Die Abdichtung erfolgt über die Kammkanten nach den Berührungslinien
5, G und ;, S. Der äußere Endpunkt der konkaven Zvkloidenflanken z, (in Abb. i Punkt
i) bleibt auf den Teilungsgeraden liegen, wodurch, w'e aus-Abb. :4 hervorgeht, zwei
von den senkrecht schraffierten Flächen an den Stellen A und .=i' aneinanderstoßen.
Die Flüssigkeit scann also von Nute zti Nute herauf oder herunter wandern, jedoch
nur bis zur Stellen', wo die dichtenden Berührungsflächen zusammenstoßen. Die weiterhin
erforderliche Abdichtung von der vorderen zur hinteren Spindelse:te bewerkstelligen
die Evolventenflanken in den Linien 9-io, 9'-io' usf. Die Zykloidenflanken ergeben
nur die Abdichtung von Nute zu Nute, nicht aber eine Abdichtung von vorn nach hinten;
es entsteht- also an der Stelle B durch die konkave Form ein schmales linsenförmiges
Loch. Jedoch führt die Flüssigkeit, die, von unten kommend, hier hindurchdringt,
wieder in die auf der Rückseite liegenden Gewindenuten nach unten zurück. In gleicher
`'eise verbindet das Loch an der Stelle ß nur diejenigen :Tuten miteinander, die
nur 'Verbindung vors oben her haben. Mit den Flankenausführungen e und z ist also
eine vollkommene Abdichtung erzielt.
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Die unterschnittenen Flanken aber weisen scharfe Außenkanten auf,
die aneinander vorbeigleiten und sich daher sehr schnell abnützen. Hier darf deshalb
keinesfalls eine Israftübertragung stattfinden. Das Spindelpaar könnte also bei
eitiglngiger Ausführung nur in einer Drehrichtung zusammenarbeiten. Häufig wird
aber besonders bei Schraubeninotören die Umkehrarbeit der Drehrichtung ,gefordert.
In diesem Falle erweist .sich die erfndung°sgemäße Ausführung besonders vorteilhaft,
wonach die Spindeln mindestens zweigängig, jedoch nur eine der vier Flanken als
Zykloide z und die übrigen als Evolventenprofile ei, e., e3 ausgeführt werden. Derart
ausgebildete Spindeln lassen sich für jede Drehrichtung verwenden, da in jeder Drehrichtung
die
Kraftübertragung über wenigstens ein paar abrollende Evolventenflanken erfolgt und
gleichzeitig eine weitgehende Schonung der scharfen Zykloidenkanten erzielt wird.
Bei dieser Ausführung greifen zwei zweigängige Spindeln vollkommen dicht zusammen,
während alle bisher bekannten zweigängigen Spindeln paarweise oder zu mehreren keinen
dichten Abschluß gegeneinander haben.
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Vorteilhaft wird die die Evolventenflanken erzeugende Tangente mit
kleinem Eingriffswinkel a. (Abb. 2) gegen die gemeinsame Teilkreistangente gewählt,
um, wie bei Zahnrädern, einen günstigen Eingriffswinkel von beispielsweise a = 15'
zu erhalten. Dadurch wird die Ra.dialkornponente der iibertragenden Kraft, die die
Spindeln auseinanderdrückt, möglichst klein gehalten. Die Dichtungslinien i, 2 und
3, 4. und 5, C (Abb. a) sind damit allerdings theoretisch nicht mehr zusammenhängend,
praktisch aber ist die Lücke in axialer Richtung verschwindend klein, da sich die
Evolventen an dieser Stelle gut in die Unterschneidung einschmiegt. Gegebenenfalls
kann auch der über .die Eingriffsstrecke 3, .4 hinausgehende Teil der Evolvente
ersetzt werden durch ein korrigiertes Profilstück, das die Abdichtung von q. bis
5 vollkommen macht.
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Drei gleich große Spindeln in der Ausführung wie die bisher besprochenen
würden nicht dicht zusammengreifen können. Der dichte Schlüß ist jedoch erreicht,
wenn, wie Abb.5 darstellt, die mittlere Spindel zweigängig, die beiden äußeren eingängig
sind, d. h. wenn sich ihre Teilkreisdurchmesser und ihre Steigungen wie 2 zu i verhalten.
Dreispindlige Pumpen ergeben aus gegebenem Raum eine größere Leistung als zweispindelige.
Diese Anordnung wird also häufig von Vorteil sein; darüber hinaus bringt sie für
Schraubenmotoren noch zwei besondere Vorteile: i. Da der Teilkreis- und der Kerndurchmesser
der mittleren Spindel sehr groß ist, erhält diese Spindel unter dem Druck der Treibflüssigkeit
ein großes Drehmoment.
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2. Die seitlichen Nebenspindeln haben kleine Kerndurchmesser und könnten
sich unter dem Querschub .der Flüssigkeit durchbiegen. Doch werden sie vom Querschub
teilweise entlastet, da die Umfangskraft bei der Übertragung ihrer Drehmomente auf
die Hauptspindel dem Querschub entgegengesetzt 'gerichtet ist. Die Erfindung sieht
vor, durch berechnete Ausdehnung der Gewindenuten den Leistungsanteil der Nebenspindeln
so zu halten, daß .die auf die Hauptspindel zu übertragende Umfangskraft den Ouerschub
der Nebenspindel ganz oder zu einem bestimmten Teil aufhebt.
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Auch bei der dreispindligen Gruppierung mit dem notwendigen Verhältnis
der Teilkreisdurchmesser und. der Steigungen von 2 zu i werden die Nebenspindeln
mit Rücksicht auf die erforderliche Schonung der unterschnittenen Flanken vorteilhaft
zweigängig und .mit der Flankenausführung nach Abb. i ausgeführt. Diese Spindelgruppe
(Abb.6) ;reift ebenfalls vollkommen dicht ineinander und läßt gleichzeitig, im Gegensatz
zur Ausführung der Abb.5,eine Umkehrung der Drehrichtung zu.