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Schraubenpumpe Die Erfindung betrifft eine zur Förderung von Flüssigkeiten,
wie z. B. 01, oder auch von Gasen geeignete Schraubenpumpe, die sich von
den bisher bekanntgewordenen Ausführungsformen besonders dadurch unterscheidet,
daß ihre Förderleistung stufen- und verlustlos regelbar ist. Im übrigen ist die
Bauart der Pumpe so beschaffen, daß der durch die Förderarbeit bedingte Axialschub
an den Lagern der Kraftübertragungswellen der Förderschrauben aufgehoben ist, ohne
daß hierzu besondere. an sich bekannte Einrichtungen, die z. B. auf einer mittelbaren
Ausnutzung des Druckes des geförderten Stoffes oder der Verwendung besonderer Druckpumpen
zur Erzeugung eines Gegendruckes beruhen, erforderlich wären.
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Die erfindungsgemäße Pumpe, die auch als regelbarer Motor Verwendung
finden kann, gehört zu der Gruppe von Schraubenpumpen, bei denen, wie an sich bekannt,
auf zwei z. B. durch Stirnzahnräder in entgegengesetztem Sinne angetriebenen und
vorzugsweise achsenparallel angeordneten Wellen zwei im Eingriff miteinander stehende
Förderschraubenpaare in einem Gehäuse vorgesehen sind, von denen jedes Paar, wie
gleichfalls bereits bekannt, aus einer links- und einer rechtssteigenden Schnecke
besteht, durch deren Wirkung das z. B. durch Öffnungen an den Stirnwänden des Gehäuses
angesaugte Fördergut in ein z. B. in der Pumpenmitte angebrachtes Druckrohr getrieben
wird. Erfindungsgemäß weist nun jede der vier Förderschrauben bei gleicher Steigung
der Schraubengänge eine stetig abnehmende Tiefe ihrer Schraubengänge bis z. B. auf
den Wert Null herab auf.
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Ferner sind zur Erreichung des Zieles der Erfindung in dem Förderschraubengehäuse
vorzugsweise parallel zu den Achsen jedes Förderschraubenpaares
zwei
zylindrische Bohrungen angebracht, die sich als Hohlzylinder über die ganze Länge
des Gehäuses erstrecken und vorzugsweise in der -Mittelebene zwischen den Förderschraubenpaaren
seitlich von ihnen angeordnet sind. Die beiden Hohlzylinder stehen durch einen vorzugsweise
in der Mitte der Pumpe gelegenen Kanal miteinander in Verbindung. Außerdem weisen
sie je auf ihren diagonal gegenüberliegenden Hälften dicht nebeneinanderliegende
Bohrungskanäle in ihrer Wandung auf, die mit den Gewindegängen der beiden danebenliegenden
Förderschrauben in Verbindung stehen. In den Hohlzylindern sind Steuerschieber angeordnet,
die im wesentlichen je aus einem Paar dicht passender Kolben bestehen, von denen
mindestens einer bei jedem Paar von solcher Breite ist, daß er die Bohrungskanäle
auf einer zumindest der Breite eines Schraubenganges der Förderschrauben entsprechenden
Strecke abdeckt. jeder der erwähnten Steuerkolben ist durch eine Kolbenstange mit
dem zweiten, vorzugsweise schmaleren Kolben verbunden, der um etwas mehr als eine
halbe Gehäuselänge von dem bereits erwähnten Steuerkolben entfernt liegt. Während
die breiten Steuerkolben in den mit Kanälen versehenen Hohlzvlinderhälften hin und
her bewegt werden können, durchlaufen die mit ihnen gekuppelten schmalen Kolben
die Hohlzylinderhälften, deren Wandung keine Bohrungen gegen das Fördergehäuse aufweist.
Die breiten Kolben, die zur Abdeckung der Bohrungskanäle in einem bestimmten Bereich
dienen, sind das für die Einstellung der Fördermenge wesentliche Organ; die schmalen
mit ihnen verbundenen Kolben haben lediglich die Aufgabe, die Steuerkolben von dem
sonst einseitigen Druck zu entlasten und die gerade Führung der Steuerungsschieber
zu sichern sowie das geförderte Mittel, beispielsweise öl, in jeder Lage des Steuerschiebers
mit dem Abflußrohr zu verbinden. Die beiden Steuerschieber sind erfindungsgemäß
mechanisch derart miteinander verbunden, daß sie nur gleichzeitig von der einen
Grenzstellung in die andere hin- oder zurückbewegt werden können. Diese Aufgabe
kann mechanisch in verschiedener Weise gelöst werden. Als besonders zweckmäßig hat
sich als weitere Erfindungsmaßnahme die Benutzung einer endlosen Kette erwiesen,
die über am Pumpengehäuse befestigte Rollen geführt und mit den Steuerschiebern
auf beiden Seiten verbunden ist.
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Die kontinuierlich z. B. nach dem Innern der Pumpe zu abnehmende Gangtiefe
der Schraubengänge bedingt, wenn die Mitten der Gänge auf einer Zylinderfläche liegen,
daß das Förderschraubengehäuse, von den Stirnseiten der Pumpe aus gesehen, die Form
von zwei sich in der Dritte berührenden Hohlkonussen besitzen muß, deren Durchmesser
sich von außen nach der Mitte der Pumpe zu verjüngen.
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Wesentlich für die Erfindung ist nun, daß durch sie eine stufenlose
Veränderung der Förderleistung der Pumpe ohne Druckverluste ermöglicht wird. Diese
Veränderung erfolgt in einfachster `Verse durch Verschieben der Steuerschieber in
den Hohlzylindern, wobei die Förderleistung bei konstanter Drehzahl pro Schnecke
gerade (sein abgedeckten Gangvolumen entspricht. Befinden sich die Steuerkolben
in der an den Verbindungskanal der Hohlzylinder angrenzenden Endstellung in der
'litte der Pumpe, so wird das in (las Pumpengehäuse angesaugte, von den Schrauben
bewegte Fördergrit durch die Bohrungskanäle in der Wandung der Zylinder in deren
Innenraum gelangen und von hier zum Ansaugeraum zurück gelangen. Es vollzieht sich
dann lediglich ein Kreislauf des als beispielsweises Fördergut angenommenen Oles
vom Förderschraubengehäuse in die Z' %:linderl>ohrungen und von dort zum
Flüssigkeitsvorrat zurück, der die Pumpe nicht belastet und hei (lern kein Fördergut
in den Austrittskanal in der Mitte der Pumpe gedrückt wird. Werden aber die Steuerschieber
nach den Stirnseiten der 1-Iolilz@Iinderhälften hin verschoben, so wird dabei der
Reihe nach z. B. je ein einzelner Schraubengang der beiden im Eingriff miteinander
stehenden Förderschrauben auf jeder Seite der Pumpe abgesperrt. Dies bedingt ein
Weiterschieben der eingeschlossenen Flüssigkeitsmenge, die nur noch in die nach
der :litte der Pumpe zu gelegenen Räume der Hohlzylinder gelangen kann und von hier
durch die Förderwirkung der vier Schrauben in das Austrittsrohr gedrückt wird. Dabei
ist die Fördermenge jf:@i-eils von dein Volumen des abgesperrten Doppelschraubenganges
abhängig, und dieses «-rederum wächst wegen der nach den Stirnseiten der Pumpe zunehmenden
Gangtiefe der Schraubeng<itige mit der Veränderung der Stellung der Steuerkoll)en
von der Mitte der Pumpe nach deren Flanken hin. Daraus ergibt sich eine weitgehende
Regelbarkeit für die Förderleistung der Pumpe, die praktisch verlustlos erfolgt.
da auf die sonst gebräuchlichen Drosselungsmaßnahmen zur Regelung der Förderleistung
verzichtet werden kann.
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Die beiden Schrauben jedes der beiden Förderschraubenpaare erfahren
beim Fördern einen Druck in entgegengesetztem Sinne. der sich auf deren Wellen so
auswirkt, daß die Pumpe ohne den Einsatz besonderer Mittel mit aufgehobenem axialem
Schub an den Wellen der Förde rscliraulien arbeitet.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in beispielsweisen Ausführungsformen
in den I# ig. i bis 5 dargestellt. Es zeigt Fig. r einen horizontalen Längsschnitt
durch die Pumpe bei nebeneinander angeordneten Förderschraubenpaaren, Fig. 2 die
Pumpe von der Seite gesehen bei einem Vertikalschnitt durch das Pumpengehäuse.
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Fig. 3 einen Schnitt durch die Punipe nach der Linie 111-11I der Fig.2.
Fig.4 ein Schema einer Sclirrttiltenpumpe mit vier Förderschraubenpaaren.
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Fig. 5 eine Steuerungseinrichtung für eine Förderschraube einer Schraubenpumpe
gemäß Fir;. ,I.
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Fig. 6 den Steuerschieber für die Einrichtung nach Fig. 5.
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Bei der in den Fig. i his 3 dargestellten beispielsweisen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen
Förderpumpe sind zwei durch Stirnräder 1,
2 in entgegengesetztem Sinne angetriebene und achsenparallel angeordnete Förderschraubenpaare
3, 3' tind 4, vorgesehen. und zwar arbeiten zwei linkssteigende Schraube" 3, . mit
zwei rechtssteigenden, -4, 3'. zusammen. Die Schrauben 3, .4 sind auf den Pumpenwellen
@. 6 befestigt, während die Schrauberl 3'. 4' einstellbar auf den Wellen angebracht
sind. Die PumpenNvellen sind in den Deckeln 4o, 41 derart in Kugellagern 7 gelagert,
daß sie axial eingestellt werden können, z. B. durch einstellbare Einschraublriichsen.
Die Förderschrauben 3 und 4 einerseits und 3' und . andererseits stehen mit ihren
Schraubengängen untereinander im Eingriff: ihre Schraubengänge 8, 8' und 9, g' haben
auf der ganzen Länge der Schraube die gleiche Steigung, aber die Tiefe der Schraubennuten
io, io', 11, 11' nimmt bei den vier Förderschrauben von der Stirnseite der Pumpe
nach der Mitte zu ab. Zu beiden Seiten der Förderschrauben befinden sich in den
Gehäusedeckeln in den Förderraum führende Zuführungsöffnungen 12 für das zu fördernde
Fördergut, beispielsweise eine Flüssigkeit, in welche die Pumpe entweder versenkt
ist oder mit welcher sie durch Zuführungsrohre zu den Zuführungsöffnungen 12 in
Verbindung steht.
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Oberhall> und unterhalb der Förderschraubenpaare 3. 3', 4, 4' (v g1.
Fig. 2 und 3) sind in dem an dieser Stelle verstärkten Pumpengehäuse 13, das von
beiden Stirnseiten nach der Mitte zu vier den Förderschrauben entsprechend konische
Ausbohrungen aufweist und in der Mitte einen mit weiteren Lagern für die Wellen
ausgerüsteten Steg 42 trägt, Hohlzylinder 14, 14 und 15, 15' vorgesehen, in denen
Steuerschieber 16, 2o, 17 und 18, 21, ig gleiten, die aus je zwei dicht passenden,
durch Kolbetistarlgen 20, 21 miteinander verbundenen Kolben 16, 17 bzw. 18, ig bestehen.
Die Steuerschieber 16, 20. 17 und 18, 20, 1g sind durch eine endlose Kette 22 miteinander
verbunden, die über Kettenräder 23, 24, 25 und 26 geführt ist. Auf der Welle des
Kettenrades 23 sitzt ein zweites mit einem Antrieb versehenes Kettenrad, das zur
Bewegung der endlosen Kette 22 und damit der Steuerschieberkolben 16, 20, 17 und
18, 20, ig dient. Die Teile 16 und 18 der Steuerschieber sind so breit, daß sie
eine gewisse Zahl von Gängen, mindestens aber einen derselben abschließen. Die Teile
17 und ig dichten nur ab und dienen zur DruckentlastucigderTeile 16und i8. DerTeili6istvonTeil
17 (bzw. 18 und ig) soweit entfernt, daß der Raum zwischen r6 und 17 (bzw. i8 und
ig) in jeder Stellung noch mit der Austrittsbohrung 44 verbunden ist.
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Die Hohlzylinderhälften 14, 15 stehen durch Bohrungskanäle 27, 28
mit dem Innern des Förderpumpengehäuses 13 in Verbindung. Diese Kanäle sind aus
Gründen bequemer Herstellung von der Außenwandung des Gehäuses 13 aus durchgebohrt,
und die außenliegenden Bohrungskanäle 29, 30 sind anschließend z.
B. durch Madenschrauben wieder verschlossen.
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Die Hohlzylinder kommunizieren innerhalb ihres vom Steuerschieber
erfaßten Teiles durch einen Kanal 31 miteinander (vgl. Fig. 2 und 3). Im übrigen
sind sie an den Außenenden offen gegen den die Förderflüssigkeit enthaltenden Behälter
hin. Bei der in Fig. 2 dargestellten Stellung der Steuerschieber 16, 20, 17 und
18, 21, ig wird beim Betrieb der Pumpe keine Flüssigkeit nutzbar gefördert, da die
Kolben 16 und 18 so stehen, daß der letzte Schraubengang, der das kleinste Volumen
hat, nicht ganz verschlossen ist. Das in das Fördergehäuse 13 eintretende
01 wird zufolge des stetig abnehmenden Gangvolumens der Schraubenpaare 3,
4 bzw. 3', 4 zwar durch die Kanäle 27, 28 in die Räume der Hohlzylinderhälften 14,
15 fortschreitend abgedrängt, fließt aber aus den Hohlzylinderhälften 14, 15 zum
Flüssigkeitsvorrat zurück, ohne die Pumpe zu belasten. Werden aber beispielsweise
die Kolben 16 und 18 in die Mittelstellung der mit Bohrungskanälen 27, 28 versehenen
Hälften 14, 15 der Hohlzylinder gebracht, so vollzieht sich der für die nutzbare
Förderung ausscheidende Kreislauf des Öles nur noch in den nicht abgesperrten Schraubengängen
der vier Förderschrauben. Von den abgesperrten Schraubengängen aber wird entsprechend
dem in ihnen abgeschlossenen Volumen ständig 01
in die Zylinderräume zwischen
den Kolben 16, 17 einerseits und den Kolben 18 und ig andererseits gedrückt und
fließt unter Druck durch den Kanal 31 und die Austrittsbohrung 44 (vgl. Fig. 3)
ab. je weiter die Kolben 16 und 18 von der Mitte der Pumpe in deren Hohlzylinderhälften
14 bzw. 15 nach deren Stirnseiten hin verschoben werden, desto größer wird stetig
die Fördermenge, da die Gangtiefe der jeweils abgesperrten Schraubengänge mit der
Entfernung von der Mitte der Pumpe wächst.
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Da die Steigungen an den Schrauben 3, 3' und 4, 4 einander entgegengesetzt
sind, so arbeiten die Wellen 5 und 6 dieser Schraubenpaare ohne resultierenden axialen
Schub. Auch die Steuerschieber 16, 17 und 18, ig sind hinsichtlich eines axialen
Schubes durch auf jeden einzelnen Kolben wie auch auf jedes Kolbenpaar entgegengesetzt
gerichtete Flüssigkeitsdrücke entlastet.
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Eine weitere beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Schraubenpumpe besteht darin, daß die Förderschrauben in ihren Außendurchmessern
zylindrisch ausgebildet sind, aber ebenfalls mit veränderlichem Gangvolumen. Dabei
ist der Ganggrund kegelig, und die Achsen der Förderschrauben sind dem kegeligen
Ganggrund entsprechend und zum Ausgleich des Axialschubes derart gegeneinander geneigt,
daß die Achsen der vier Schraubenpaare eine sechsseitige Fläche umschließen, bei
der zwei parallele Außenseiten die Basis für zwei einander zugekehrte und mit ihren
Spitzen sich berührende Dreieckflächen bilden.
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Fig. 4 zeigt schematisch die Zuordnung der acht Förderschrauben 45
bis 52 zueinander.
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Bei dieser Anordnung erhält jede Förderschraube einen besonderen Steuerschieber,
dessen Steuerkolben im Hinblick auf die Zylinderform der Förderschraube eine schmale
Ausnehmung (6o) besitzt, an der er unmittelbar auf jener verschiebbar angebracht
sein kann. Die Steuerschieber je
zweier auf gleicher Achse angeordneter
Schrauben sind durch Vorrichtungen, wie bereits beschrieben, gemeinsam verschiebbar.
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Fig. 5 und 6 zeigen einen derartigen Steuerschieber 53 in Verbindung
mit den ein zylindrisches Förderschraubenpaar enthaltenden Gehäusen. Auch bei dieser
Ausführungsform sind die Steuerschieber und die gemeinsamen Wellen je zweier Schrauben
mit einander entgegengesetzten Steigungen entlastet.
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ach Fig. 4 hat das Schraubenpaar 49, 5o keine gemeinsame Welle. Sie
ist ersetzt durch zwei Wellenstumpfe 56, 57, an denen Kegelräder 58. 59 befestigt
sind. Auch auf den durchgehenden Wellen der Schraubenpaare 45, 46; .47, 48; 51,
52 sind Kegelräder 61, 62; 63, 64; 6;. 66 befestigt. Die Kegelräder stehen derart
miteinander im Eingriff, daß über den Wellenstumpf 56 die Pumpe angetrieben werden
kann.