-
Schraubenpumpe Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraubenpumpe
mit einer Anzahl miteinander im Eingriff befindlicher, in gleicher Richtung sich
drehender Schraubgewindekörper, deren Achsen in ihrer Lage zueinander von der Parallelen
abweichen.
-
Neben solchen Schraubenpumpen, deren Schraubgewindekörper achsparallel
zueinander gelagert sind, gehören auch solche zum Stande der Technik, bei denen
die Achsen der Schraubgewindekörper in ihrer Lage zueinander von der Parallelen
abweichen. In diesem Falle haben die Schraubgewindekörper eine konische Grundform,
während im ersteren Falle die Schraubgewindekörper eine zylindrische Grundform aufweisen.
Bei denjenigen bekannten Schraubenpumpen, bei denen die Achsen der Schraubgewindekörper
in ihrer Lage zueinander von der Parallelen abweichen, liegen die Achsen derart
zueinander, daß sie sich außerhalb des eigentlichen Schraubgewindekörpers schneiden.
Sie sind mit dem Nachteil behaftet, daß die Schraubgewindekörper verhältnismäßig
lang ausgebildet sein müssen, um sie an beiden Enden lagern zu können, wobei die
Voraussetzungen vorliegen müssen, um das auf der Seite der Achsenkreuzung liegende
Lager noch vor dem Kreuzungspunkt unterbringen zu können. Um eine kürzere Bauart
zu erzielen, ist der Vorschlag gemacht worden, derartige Schraubgewindekörper nur
einseitig zu lagern, was die Lager dann außerordentlich stark beansprucht, wenn
mit verhältnismäßig hohen Drücken gearbeitet wird. Es ist außerdem bei den bekannten
Schraubenpumpen dieser Art mit Schwierigkeiten verbunden, das Pumpengehäuse außerhalb
des Eingriffs der Schraubgewindekörper dicht an dieselben heranzuführen, um somit
die Leckverluste außerhalb des Eingriffsbereichs gering zu halten. Darin ist eine
der Hauptursachen zu sehen, daß Schraubenpumpen der bekannten Bauart bei der Anwendung
verhältnismäßig hoher Drücke mit großen Leckverlusten behaftet sind, deren Beseitigung
einen unverhältnismäßig hohen Aufwand erforderlich machen würde.
-
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Schraubenpumpe mit einer
Anzahl miteinander im Eingriff befindlicher, in gleicher Richtung sich drehender
Schraubgewindekörper, deren Achsen in ihrer Lage zueinander von der Parallelen abweichen,
bei welcher ohne Schwierigkeiten bei kurzer Bauweise der Schraubgewindekörper an
deren beiden Enden Lager vorgesehen werden können, bei der ferner das Gehäuse die
Schraubgewindekörper eng umschließen kann, so daß die Möglichkeit besteht, mit verhältnismäßig
hohen Drücken ohne große Leckverluste zu arbeiten, selbst dann, wenn es sich um
ein dünnflüssiges Medium, z. B. um Wasser handelt, bei dessen Verwendung bei den
bekannten Pumpen die Leckverluste besonders hoch sind.
-
Als Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die
Achsen der Schraubgewindekörper, ohne sich zu schneiden, zueinander geschränkt liegen
und die Flankenform der Gewindegänge in Abhängigkeit vom Schränkungswinkel derart
gewählt ist, daß die Zahnflanken mehrerer Gewindegänge der Schraubgewindekörper
aneinander anliegen. Hierdurch ist einmal erreicht, daß die Pumpe insgesamt kürzer
gehalten werden kann als eine solche bekannter Bauart mit Schraubgewindekörpern
gleicher Länge bei einer Lagerung der Schraubgewindekörper an beiden Enden. Im Gegensatz
zu den bekannten Schraubenpumpen stehen für die Lagerung jeweils bei jedem Schraubgewindekörper
zwei freie Achsenenden für die Lagerung zur Verfügung, weil die Achsen sich in der
Verlängerung nicht schneiden, sondern aneinander vorbeigehen. Ferner gewährt die
Achslage gemäß der Erfindung eine bessere Abdichtung zwischen den Gewindegängen
der zusammengreifenden Schraubgewindekörper ebenso wie zwischen diesen und der Gehäusewandung
der Pumpe. Es läßt sich nämlich ohne weiteres erreichen, daß das Gehäuse auch in
dem Bereich zwischen den
beiden Schraubgewindekörpern unmittelbar
an die Schraubgewindekörper herangezogen wird, ohne daß sich der hereingezogene
Wandungsteil zu stark verjüngt, wie es bei den bekannten Pumpen bei einer starken
Einziehung der Fall sein würde. Die Abdichtung im Eingriffsbereich der Schraubgewindekörper
erfährt noch dadurch eine Verbesserung, daß die Flankenform der Gewindegänge in
Abhängigkeit vom Schränkungswinkel ein Aneinanderliegen mehrerer Gewindegänge der
Schraubgewindekörper gewährleistet, was die Schraubenpumpe nach der Erfindung insbesondere
für ein Arbeiten unter hohem Druck auch unter Verwendung dünnflüssiger Medien, wie
z. B. Wasser, brauchbar macht.
-
Ein wesentlicher weiterer Vorteil liegt in den Möglichkeiten der Formgebung
für die Schraubgewindekörper, die erfindungsgemäß in an sich bekannter Weise entweder
zylindrisch oder konisch ausgebildet sein können oder auch die Form eines hyperbolischen
Umdrehungskörpers aufweisen können, so daß der Erfindungsgedanke bei den verschiedensten
Schraubgewindekörpertypen anwendbar ist.
-
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Schraubgewindekörper
jeweils mindestens zwei Gewindegänge aufweisen. In diesem Falle müssen bestimmte
Bedingungen erfüllt werden, auf welche noch später näher einzugehen sein wird.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß
die Gewindegänge der konisch ausgebildeten Schraubgewindekörper derart bemessen
sind, daß die jeweils in einer Windung eingeschlossenen Volumina vom Fördermedium
beim Weiterwandern vom Einlaß zum Auslaß der Pumpe stetig zunehmen.
-
Nach einer anderen Ausführungsform können die Gewindegänge der konisch
ausgebildeten Schraubgewindekörper derart bemessen sein, daß die jeweils in einer
Windung eingeschlossenen Volumina vom Fördermedium beim Weiterwandern vom Einlaß
bis zum Auslaß stetig abnehmen und daß im Gehäusemantel um die Schraubgewindekörper
in gleichmäßiger Verteilung enge Austrittsbohrungen vorgesehen sind, durch welche
die Übermenge des Fördermediums herausgeleitet wird.
-
Zur Verbesserung ist es auch bei der Schraubenpumpe gemäß der Erfindung
möglich, den Schraubgewindekörpern in an sich bekannter Weise Hilfsfördervorrichtungen
vorzuschalten.
-
Nach einem weiteren Merkmal gemäß der Erfindung sieht diese bevorzugt
einen Schränkungswinkel zwischen den Achsen der Schraubgewindekörper von 5 bis 30°
vor.
-
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 in der Seitenansicht zwei miteinander im Eingriff befindliche
Schraubgewindekörper, F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen der Schraubgewindekörper
nach F i g. 1, F i g. 3 einen Querschnitt durch das Schraub-"a ewindekörperpaar
nach der Linie 3-3 der F i g. 1, F i g. 4 bis 7 Einzelheiten des Schraubgewindekörpers
nach F i g. 2 unter Andeutung der Entwicklung der Gewindezahnform, F i g. 8 in vereinfachter,
vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch die Schraubgewindekörper nach Fig.1.
F i g. 9 einen Schnitt durch die Schraubgewindekörper nach der Linie 9-9 der F i
g. 8, F i g. 10 einen Längsschnitt durch einen Schraubgewindekörper ähnlich dem
nach F i g. 2 zur Veranschaulichung der Ableitung der Zahnform, F i g. 11 und 12
Einzelheiten abgewandelter Zahnformen in vergrößerter Darstellung, F i g. 13 eine
Seitenansicht von zwei Schraubgewindekörpern mit zylindrischer Grundform, F i g.
14 eine Draufsicht auf die Schraubgewindekörper nach F i g. 13 innerhalb des Gehäuses,
F i g. 15 einen Querschnitt durch die Schraubgewindekörper nach F i g. 13 nach der
Linie 15-15, F i g. 16 eine Einzelheit aus F i g. 14 nach der Linie l6-16 im Schnitt.
-
F i g. 17 einen Schnitt nach der Linie 17-17 der F i g. 16 in vergrößertem
Maßstab, F i g. 18 in schematischer Darstellung ein Verfahren zur Herstellung eines
Schraubgewindekörpers, F i g. 19 die Seitenansicht zweier konischer, miteinander
im Eingriff befindlicher Schraubgewindekörper, F i g. 20 einen Querschnitt durch
die Schraubgewindekörper der F i g. 19 nach der Linie 20-20, F i g. 21 und 22 Schnitte
nach den Linien 21-21 und 22-22 der F i g. 20 in vergrößerter Darstellung, F i g.
23 eine vollständige Pumpe mit konischen Schraubgewindekörpern gemäß den F i g.
19 bis 22 und F i g. 24 eine vollständige Schraubenpumpe mit konischen Schraubgewindekörpern
gemäß den F i g. 19 bis 22 anderer Ausbildung.
-
Die F i g. 1 bis 3 zeigen zwei Schraubgewindekörper 23 und
25, die untereinander identisch sind und jeweils ein Gewinde mit im wesentlichen
rechteckigem Profil bei gleicher Steigung aufweisen und die um die Achsen
24 und 26 drehbar gelagert sind. Die Achsen 24 und
26 liegen zueinander geschränkt, ohne sich zu schneiden. Der Schränkungswinkel
ist mit a bezeichnet, wobei mit P der kürzeste Abstand zwischen den beiden Achsen
24 und 26 bezeichnet ist. Durch die geschränkte Achsenanordnung bildet
die mit P D bezeichnete Teilkreislinie eine Teilkreisfläche in Form eines
hyperbolischen Umdrehungskörpers.
-
Bei dem Gewindeprofil ist die Zahnkopffläche mit 27, der Zahngrund
mit 29 und die Flankenfläche mit 28 bezeichnet. Die Steigung L ist
konstant, was sich aus der Abnahme des Steigungswinkels A ergibt, weil der Teilkreisdurchmesser
von der Strecke P aus beiderseits anwächst. Die Flanken 28 der Schraubgewinde
verlaufen gemäß F i g. 2 entlang Linien, welche die beiden Achsen 24 und
26 an Stellen gleicher Entfernung von der Strecke P miteinander verbinden,
und stehen nur unmittelbar entlang der Strecke P senkrecht zur Achse eines Schraubgewindekörpers.
-
Das Profil der Gewindegänge und der Gewindeganglücken ist innerhalb
bestimmter Grenzen frei wählbar. Im allgemeinen kann eine der Flächen, beispielsweise
die Kopffläche eines Gewindes oder der Gewindegrund willkürlich gewählt werden,
während die andere Fläche jeweils durch die Lage des Achsenpaares und die Berührungslinie
der vorgegebenen Fläche mit der Gegenfläche bestimmt ist.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 bis 3 ist das Verhältnis
von Kopfkreisdurchmesser zum Teilkreisdurchmesser bei einer gegebenen Entfernung
von der Strecke P aus jeweils in Achsrichtung konstant. In diesem Falle ist die
Kopfhöhe des
Gewindes jeweils gleich der Fußhöhe an der gleichen
Stelle, jedoch wächst die Gewindetiefe mit zunehmender Entfernung von der Strecke
P in Achsrichtung an. Die Kopf- und Fußflächen haben in diesem Falle eine ähnliche,
jedoch keine identische Form mit einem hyperbolischen Umdrehungskörper. Im Einzelfall
können auch andere Profile gewählt werden, beispielsweise konische Grundformen (F
i g. 19 bis 22).
-
Die Ausführungsbeispiele zeigen jeweils miteinander identische Schraubgewindekörper.
Beispielsweise ist es aber auch möglich, einen zweigängigen Schraubgewindekörper
mit einem eingängigen Schraubgewindekörper mit halbem Durchmesser zusammenwirken
zu lassen, der dann mit der zweifachen Winkelgeschwindigkeit des ersteren umlaufen
muß, wobei die beiden Körper zueinander unter einem Schränkungswinkel a stehen,
der annähernd den zweifachen Betrag des Steigungswinkels der Gewinde ausmacht. Auch
ist es möglich, mindestens zwei Schraubgewindekörper in beliebiger Kombination von
Steigung und Durchmesser zu verwenden, solange der Schränkungswinkel a zwischen
den Körpern gleich ist der Summe der Steigungswinkel der Körper selbst und die Winkelgeschwindigkeit
jeder der Schraubgewindekörper über die Länge ihrer zugehörigen Achsen den gleichen
Betrag ergibt. Schließlich ist es möglich, zwei Körper mit identischem Kopfkreisdurchmesser
zu verwenden, von denen jedoch einer mit einem eingängigen Gewinde und der andere
mit einem doppelgängigen Gewinde versehen ist. In diesem Falle dreht sich der erste
Schraubgewindekörper mit der zweifachen Winkelgeschwindigkeit des zweiten, und der
Schränkungswinkel a ist gleich dem dreifachen Betrag des Steigungswinkels des ersteren.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß der Ausdruck »Steigungswinkel« nur einen angenäherten
Wert bezeichnen kann, weil der Steigungswinkel eines Schraubkörpergewindes mit der
Steigung L nur für einen bestimmten Durchmesser genau definierbar ist. Es sind zur
genaueren Definition andere Begriffe erforderlich, was noch später erläutert wird.
-
Zur Erzielung einer bestmöglichen Abdichtung zwischen den Schraubgewindekörpern
sind die Flanken in der Weise ausgebildet, wie es die F i g. 4 bis 12 veranschaulichen.
Die gestrichelte Linie a-b-c-d-e in F i g. 4 zeigt den Weg auf, welchen ein Punkt
M der Außenkante des einen Gewindes gegenüber dem Gewinde des zugehörigen Schraubgewindekörpers
25 nimmt, wenn der Punkt M den Eingriffsbereich durchquert. Die F i g. 5 zeigt,
wie dieser Weg das Profil der Flanken 28 des Schraubgewindekörpers 25 erzeugt. F
i g. 5 zeigt ferner den Weg eines Punktes N an der äußeren Ecke eines Gewindekörpers
25 relativ zu dem mit ihm im Eingriff befindlichen Gewinde des Schraubgewindekörpers
23. Die F i g. 6 veranschaulicht die Wege von weiteren Punkten O und P und die Veränderungen
des Profils des Gewindes des Schraubgewindekörpers 25 durch diesen Wegverlauf. Aus
der F i g. 7 ist zu ersehen, wie zwei gleiche Schraubgewindekörper mit gleich ausgebildeten
Gewindeprofilen miteinander im Eingriff stehen können. Aus den F i g. 8 und 9 ist
zu ersehen, von deren letztere sich die Buchstaben a-r-c-s-e auf die F i g. 4 und
6 beziehen, daß mit den in F i g. 6 dargestellten Gewindeprofilen die äußere Ecke
eines Körpers die Flanke des Gewindes des anderen Körpers auf den Bögen a-r und
c-s berührt, während sie auf den Bögen r-c und s-e einen Spalt frei läßt. Der Maßstab
der F i g. 9 ist der größeren Klarheit wegen unter Vernachlässigung des genauen
Ablaufs in axialer Richtung etwa zehnfach vergrößert.
-
F i g. 10 veranschaulicht die Grundlage für die Ableitung der in den
F i g. 6 bis 8 dargestellten Gewindeform. Der Weg des Punktes M ist in F i g. 10
für zwei einander zugeordnete Achsen dargestellt. Aus Zweckmäßigkeitsgründen wurde
für eine dieser Achsen die Achse 24 des Körpers 23 gewählt, und eine
dazu senkrecht gerichtete Linie für die andere. Der Weg des Punktes M kann dann
mittels der folgenden Gleichungen bestimmt werden, in denen die Koordinaten R und
Y als Funktion einer dritten Variablen ß ausgedrückt sind, die den Winkel darstellt,
der vom Punkt M um die Achse des sich drehenden Körpers 23 durchwandert wird.
worin a = gesamter Schränkungswinkel zwischen den Achsen, P = kürzeste Entfernung
zwischen den Achsen, D = Durchmesser des Gewindekörpers an irgendeinem Punkt M auf
einer äußeren Ecke des Gewindeprofils, L = Steigung des Schraubgewindes, l = Entfernung
in Achsrichtung von der Strecke P zur Achse R, ,8 = unabhängige Variable (vom Punkt
M durchwanderter Winkel), während
Die Lösung dieser Gleichungen ergibt die Profilform bei irgendeiner
Zuordnung der Schraubgewindekörper zueinander gemäß der Erfindung, wenn der Schränkungswinkel
festliegt und irgendein Durchmesser für die Schraubgewindekörper und der Wert der
Strecke P festliegt. Ferner kann die Steigung L verändert und danach das Profil
ermittelt werden. Allerdings ist die Steigung L nicht vollständig unabhängig von
den anderen Variablen, denn nur bestimmte Kombinationen der Steigung L und des Schränkungswinkels
a ergeben die besten Ergebnisse, wenn die Pumpe für Flüssigkeiten oder für Gemische
aus flüssigen und festen Substanzen bei hohen Drücken verwendet wird.
-
Demzufolge ist in F i g. 10 der Weg des Punktes M für einen bestimmten
Schränkungswinkel und eine bestimmte Steigung dargestellt, bei welcher der Abstand
u gleich dem Abstand v ist. Wenn der Schränkungswinkel a zweier derartiger Schraubgewindekörper
ohne die gleichzeitige Änderung der Steigung L vergrößert würde, würde der in F
i g. 11 dargestellte Weg sich ergeben. Umgekehrt würde bei einer Verkleinerung des
Schränkungswinkels der in F i g. 12 dargestellte Weg erhalten bleiben. In jedem
der beiden letzteren Fälle werden die Spalte an den Stellen b-c oder d-e des Weges
a-b-c-d-e vergrößert, so daß dann, wenn die Schraubgewindekörper in einem entsprechenden
Pumpengehäuse unter hohem Druck verwendet werden, ein derartiges Anwachsen der Spalte
zwischen den Flanken 28 der ineinandergreifenden Gewinde eine Abnahme des Wirkungsgrades
einer solchen Pumpe um die Flüssigkeitsmenge bewirken würde, die als Leckflüssigkeit
von der Druckseite auf die Saugseite zurückfließt.
-
In den F i g. 4 bis 12 ist die Breite des Weges, den der Punkt
M beschreibt (Länge u oder v in F i g. 10) stark vergrößert dargestellt.
Tatsächlich ist die Größe u, die vorzugsweise gleich der Größe v gewählt wird, sehr
klein. Bei zwei Schraubgewindekörpern 23 und 25 mit einem Schränkungswinkel von
annähernd 15° beträgt beispielsweise die Entfernung P zwischen den Achsen etwa 20,32
mm, die Gewindetiefe etwa 76,2 mm, und das Gewinde 11 hat eine Steigung, die bei
114 mm liegt, wenn der Weg des Punktes M an einer Stelle des Gewindes bestimmt wird,
dessen Entfernung Z von der Strecke P ungefähr 610 mm beträgt, und die Breite u
oder v der Kurve beläuft sich auf annähernd 3,05 mm.
-
Da diese Breite im Verhältnis zur Größe der Gewinde so gering ist,
kann durch gerade Flanken 28
des Gewindes eine gute Annäherung an die theoretische
Form erreicht werden. So ist aus den F i g. 5 und 6 ersichtlich, daß die Vergrößerung
der Spalte zwischen den Gangprofilen auf Grund dieser Annäherung etwa dreieckig
ist, wobei die Höhe des Dreiecks etwa 1/@ v beträgt. Die kleine dreieckige Fläche
befindet sich an der unteren Ecke am Fuß der Gewindegänge. Dies zeigt die strichpunktierte
Linie in F i g. 9. Im obigen Beispiel ist die Größe 1/2 v annähernd gleich 1,524
mm bei einer Gewindetiefe von 76,2 mm, womit ein verhältnismäßig dichtes Schließen
zwischen den Gewinden erreicht ist. Selbstverständlich muß bei der Bestimmung der
Werte das notwendige Laufspiel mit berücksichtigt werden, damit sich die Schraubgewindekörper
nicht gegenseitig oder das Gehäuse berühren.
-
Aus der F i g. 10 ist auch zu ersehen, daß der von dem Punkt M beschriebene
Weg nur unmittelbar auf der Strecke P symmetrisch zu einer Linie in senkrechter
Richtung zur Achse des Schraubgewindekörpers verläuft. An anderen Stellen weicht
er entsprechend den oben wiedergegebenen Gleichungen davon ab. Es ist ferner ersichtlich,
daß der untere Teil des Weges des Punktes M auf einem Schraubgewindekörper die Fußform
des Gewindeganges auf dem anderen Schraubgewindekörper bestimmt, so daß eine Reihe
derartiger Kurven aus den oben angegebenen Gleichungen errechnet werden kann, woraus
sich eine Linie ergibt, welche die Fußform der Gewindegänge auf dem anderen Körper
bestimmt.
-
In den F i g. 1 und 3 ist die Drehrichtung der Schraubgewindekörper
23 und 25 durch Pfeile kenntlich gemacht. Durch Drehen der Schraubgewindekörper
in ihrem Gehäuse wandert das auf der rechten Seite in F i g. 1 eingeführte Fördergut
zur linken Seite hin. Dabei wird jeglicher Rückfluß an den Berührungslinien verhindert,
wobei eine Vielzahl von dichtender Berührungslinien gemäß der Erfindung durch die
Berührung mehrerer Gewindegänge miteinander eine Mehrfachdichtung erreicht wird,
welche die Leckverluste in stärkstem Maße vermindert.
-
Die F i g. 13 bis 17 zeigen ein Paar Schraubgewindekörper 32 und 34
mit zylindrischer Grundform, deren Achsen 33 und 35 wiederum geschränkt liegen und
deren kürzester Abstand mit P bezeichnet ist. Der Schränkungswinkel a beträgt etwa
10°. Der Steigungswinkel ist gleich dem halben Betrag des Schränkungswinkels a.
Der Gewindegrund ist mit 38 und der Gewindekopf jeweils mit 36 bezeichnet. Umschlossen
sind die beiden Schraubgewindekörper durch das Gehäuse 39.
-
Die Dichtungslinien einer solchen Pumpe lassen sich am genauesten
entlang der Ebene der Strecke P gemäß F i g. 15 herstellen. Dort nämlich greift
der Kopf 36 eines Gewindeganges genau schließend in den Gewindegrund 38 der Ganglücke
des anderen Schraubgewindekörpers nach den Herstellungstoleranzen. Der beiderseitige
Sitz ist weniger genau, läßt sich jedoch ebenfalls schließend ausführen, um so eine
mehrfache Dichtwirkung zu erreichen.
-
Für die Herstellung der Schraubgewindekörper gemäß der Erfindung ist
lediglich eine geringfügige Änderung des gebräuchlichen Verfahrens zur Herstellung
von Schrauben und Schraubgewindekörpern mit im wesentlichen zylindrischer Form zu
erzeugen, wie sich im Zusammenhang mit den F i g. 13 bis 17 ergibt. Dem besseren
Verständnis soll die F i g. 18 dienen. Das Werkstück W wird mit gleichbleibender
Geschwindigkeit in einem geeigneten Futter, beispielsweise einer Drehbank, in Umlauf
gesetzt. Es wird dann zuerst die äußere Oberfläche der späteren Köpfe der Gewindegänge
bearbeitet, und anschließend erfolgt die Bearbeitung der Gewindegänge selbst nach
der Linie T, welche das Schränkungsverhältnis zu der Werkstückachse einhält. Die
dabei geschnittenen Profilformen können verschieden sein, vorzugsweise ergeben die
Gewindekopf- und Gewindegrundflächen von im wesentlichen rechteckigen Gewindegängen
hyperbolische Umdrehungskörper. Diese ergeben eine sehr gute Annäherung an das theoretische
Eingriffsverhältnis an allen Stellen, wenn mindestens zwei derartige Körper mit
genauem Schränkungsverhältnis zueinander drehbar gelagert sind. In diesem Falle
sind auch die Flanken der Gewindegänge im Längsschnitt nur in der Achsmitte
senkrecht
zur Achse angeordnet, während sie in Richtung auf die Achsenenden zu sich der Richtung
einer theoretischen, die Schraubenachsen zweier derartiger, genau gelagerter Körper
verbindenden Linie geneigt annähern.
-
Die F i g. 19 bis 22 veranschaulichen zwei im wesentlichen konische,
miteinander im Eingriff befindliche Schraubgewindekörper 42 und
44, welche gegenüber den vorstehend beschriebenen, zylindrischen, bestimmte
Vorteile aufweisen. Grundsätzlich besteht bei ihnen die Möglichkeit, den Verschleiß
sowohl des sie umgebenden Gehäuses als auch jedes Einzelkörpers selbst mittels axialer
Verstellung dieser gegenüber dem Gehäuse auszugleichen. Dies gilt auch für die Anpassung
ihrer Dichtungslinien. Die Schraubgewindekörper 42 und 44 sind in
dem Gehäuse 46 um ihre Achsen 43 und 45 drehbar gelagert. Die Eingriffsverhältnisse
sind ebenso, wie bereits im Zusammenhang mit den F i g. 1 bis 3 beschrieben. Die
Kopfaußenflächen der Gewindegänge sind mit 47 bezeichnet, wobei der Schränkungswinkel
5,7° beträgt. Der Gewindegrund ist mit 49 bezeichnet, wobei die Ganglücken
gekrümmt ausgeführt sind, um eine möglichst genaue Anpassung an die theoretische
Form zu erhalten.
-
Die F i g. 23 zeigt eine vollständige Pumpe unter Anwendung von konischen
Schraubgewindekörpern nach den F i g. 19 bis 22. Sie ermöglicht es, Gemische aus
festen und flüssigen Substanzen, beispielsweise Aufschlemmungen aus Holz mit 10'%
festen Bestandteilen auf Drücke in der Größenordnung von 140 bis 150 kg/cm2 zu bringen.
Das Pumpengehäuse nach F i g. 23 ist mit 50 bezeichnet und mit der Einlaßöffnung
51 auf der linken Seite und der Auslaßöffnung 53 auf der rechten Seite
versehen. Die Schraubgewindekörper 42 und 44 sind im Gehäuse mittels
der Lager 55, 68 und 64 gelagert, wofür die Schraubgewindekörper
42 und 44 um das Wellenende 54 verlängert sind, auf der sich
noch als Hilfsvorrichtung eine Förderschnecke 60 befindet, und zwar unmittelbar
in der Nähe der Einlaßöffnung 51. Das Lager 55
ist mittels der Dichtung
56 abgedichtet. Am anderen Ende des Schraubgewindekörpers erstreckt sich
der Wellenteil 62, an welchem das Lager 64 mit der Dichtung 66 und
das Drucklager 68 angeordnet sind. Über die Gelenke 64 ist die Verbindung der Schraubgewindekörper
mit den Antriebsrädern 66 hergestellt, welche durch das Ritzel 67 angetrieben
werden.
-
Die eine annähernd konstante Gangtiefe aufweisenden konischen Schraubgewindekörper
42 und 44 sind mit ihren Enden größeren Durchmessers, wie die F i
g. 23 zeigt, am Auslaßende der Pumpe gelagert, so daß das für das Fördergut ausnutzbare
Pumpenvolumen mit dem durch die Pumpe wandernden Fördergut anwächst, um jegliches
Blockieren und sich daraus ergebende Beschädigungen zu vermeiden, Wie jedoch bereits
erläutert, kann das Pumpenfördervolumen beliebig in jeder Richtung durch eine Abänderung
der Gangtiefe verändert werden.
-
Zur Unterstützung des Widerstandes gegen den durch den Förderdruck
auf das Ende der Schraubgewindekörper 42 und 44 an der Auslaßöffnung
53
wirkenden Axialschub sind an dieser Stelle in der Pumpe Axialschubausgleichsvorrichtungen
angebracht. Sie bestehen aus dem kragenförmigen Bund 70 an jeder die Schraubgewindekörper
an den Auslaßenden verlängernden Welle 62, wobei der Bund einer größeren
Durchmesser als der Fußkreis der Schraubgewindekörper 42 und 44 am
Auslaßende hat und mit einer Stopfbüchse 66 oder einer anderen Druckdichtung abgedichtet
ist. Der Druck im Auslaßstutzen 53 wirkt auf die kreisföimige Fläche des
kragenförmigen Bundes 70 und erzeugt dort eine Schubkraft, die als mehr oder
minder gleich große Gegenkraft zum Axialschub des Schraubgewindekörpers wirkt und
vom Verhältnis der Durchmesser des Schraubgewindekörpers 42 und des kragenförmigen
Bundes 70 abhängt, wobei die Schubkraft durch den Druck am Auslaßende auf
die wirksame ringförmige Stirnfläche des Schraubgewindes erzeugt wird.
-
Zur Einstellung des richtigen radialen Spieles entsprechend der axialen
Verstellung der Schraubgewindekörper 42 und 44 relativ zum Gehäuse 50 sind die Zwischenlagen
72 vorgesehen, welche zwischen dem Gehäuse und jeder der Aufnahmen für die Lager
64 und 68 angeordnet sind. Es werden Zwischenlagen von immer größerer
Dicke eingesetzt, wenn bei Verschleiß eine Nachstellung vorgenommen werden muß.
Bei konischen Rotorelementen mit einem Durchmesser von etwa 330 bis 406 mm kommt
beispielsweise ein Antrieb über das Ritzel 67 mit einer Drehzahl von 300 bis 600
Umdr./Min. in Betracht. Bei dieser Drehzahl wird das Gemisch aus fester und flüssiger
Substanz, beispielsweise mit 10'% fester Substanz, in die Einlaßöffnung
51 geführt und von links nach rechts gefördert, wobei es sich innerhalb des
durch die Innenfläche eines Teiles des Gehäuses 50 und die Flanken und den
Grund der Gewindegänge jedes Schraubgewindekörpers 42 und 44
begrenzten
Raumes befindet. Da der Gewindeeingriff solcher Körper eine wirksame Dichtung bei
jeder vollen Umdrehung jedes Gewindeganges herbeiführt, ergibt sich eine Mehrfachdichtung,
die einen Rückfluß des Fördermittels verhindert, gleichgültig, ob sich die Schraubgewindekörper
drehen oder nicht. Eine derartige Pumpe kann auch als ein Druckminderer verwendet
werden, beispielsweise zum Abziehen von unter hohem Druck stehenden Mischungen aus
festen und flüssigen Substanzen auf einen niedrigen Druck.
-
F i g. 24 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel für eine Schraubpresse
unter Verwendung von konischen Schraubgewindekörpern nach den F i g. 19 bis 22,
mit der Flüssigkeit aus einem Gemisch aus flüssiger und fester Substanz durch fortschreitende
Volumenverringerung beim Durchwandern des Gemisches durch die Presse herausgepreßt
werden kann. Das wird dadurch erreicht, daß die konischen Schraubgewindekörper mit
ihren geringeren Durchmessern am Auslaßende der Presse angeordnet sind und daß in
dem sie umgebenden Gehäuse geeignete Öffnungen vorgesehen sind, durch die beim Durchlaufen
des Gemisches durch die Presse mindestens ein Teil seiner Flüssigkeitskomponente
auf Grund der wirksamen Volumenabnahme des Gemisches ausgepreßt wird. Wenn stärkere
Drücke erzeugt werden sollen, können auch Schraubengewinde mit abnehmender Gewindetiefe
verwendet werden.
-
Im einzelnen besteht die Schraubenpresse nach F i g. 24 aus einem
Gehäuse 80 mit einer Anzahl Öffnungen 81 von relativ geringem Durchmesser
und mit einer Einlaßöffnung 82 auf der linken und einer sich axial erstreckenden
Auslaßöffnung 84 auf ihrer rechten Seite, wobei die miteinander im Eingriff
befindlichen Schraubgewindekörper 42' und 44' drehbar
um
ihre Schraubenachsen innerhalb des Gehäuses gelagert sind. Dazu ist jeder der Körper
42', 44' zur frei tragenden Lagerung an seinem, den größeren Durchmesser
aufweisenden vorderen Ende mit einem Wellenzapfen 86 versehen, der vorzugsweise
mit dem Körper 42' bzw. 44' aus einem Stück besteht. Die Wellenzapfen
86 sind mittels den im Abstand voneinander angeordneten Lagern
87, 87a und 88 in einem linken Teil des Gehäuses 80 gelagert,
wobei das Lager 88 als Drucklager ausgebildet ist. Zum gleichzeitigen Antrieb
der Antriebszahnräder 85 sind ähnlich wie bei der Pumpe des vorigen Ausführungsbeispieles
geeignete Antriebselemente vorgesehen. In ähnlicher Weise kann auch eine geeignete
Wellendichtung 89 zwischen dem inneren Lager 87 und dem Inneren des Gehäuses
80 vorgesehen sein. Ferner können Zwischenlagen 90 zur Einstellung
des radialen Spiels beim Auftreten von Verschleiß vorgesehen sein.
-
Beim Betrieb werden die Wellen 86 mit geeigneter Geschwindigkeit
zur Förderung des aus flüssiger und fester Substanz bestehenden Gemisches durch
die Pumpe angetrieben. Während dieser Förderung wird die Flüssigkeitskomponente
durch ständige Abnahme des Nutzvolumens der Presse, mindestens aber ein Teil von
ihr durch die Öffnungen 81 herausgepreßt, während der verbleibende Anteil
sowie die feste Komponente der Mischung durch die Auslaßöffnung 84 ausgebracht
werden.
-
Abschließend wird noch bemerkt, daß zur Erfindung nur das gehört,
was in den Patentansprüchen aufgeführt ist, während die Gehäuseteile, Wellenlager,
Wellenbunde zum Axialschubausgleich, Dichtungen usw. nur der Vollständigkeit halber
im letzten Teil der Beschreibung erwähnt sind.