DE2033201A1

DE2033201A1 - Verdrängermaschine mit schraubenartigen Verdrangerkorpern

Info

Publication number: DE2033201A1
Application number: DE19702033201
Authority: DE
Inventors: H Volz
Original assignee: Allweiler AG
Current assignee: Allweiler GmbH
Priority date: 1970-07-04
Filing date: 1970-07-04
Publication date: 1972-01-20
Also published as: SE375830B; CH524068A; DE2033201C3; US3814557A; DE2033201B2

Description

BL I I lMffP I I P Ir 0-770ORADOLFZELL(BODENSEe)

AKTIENGESELLSCHAFT

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PATEN TAN MELDUNG

Bezeichnung: Verdrängermaschine mit schraubenartigen Verdrängerkörpern

Gegenstand der Erfindung ist eine als Pumpe oder Motor wirkende Verdrängermaschine mit mindestens zwei parallelachsig angeordneten,ineinandergreifenden, schraubenartigen Verdrängerkörpern, von denen zumindest einer dem Antrieb bzw. dem Abtrieb und zumindest einer der Abdichtung dient, die von einem Gehäuseteil eng umschlossen sind, mit konstanter oder annähernd konstanter Verdrängung innerhalb des Arbeitsbereiches.

V.jrs.t/undtir iies Aufsithtsratei: Julius Pfeffer,- VW.Iomj.· Dipl.-Ing. Frifz Reidilu, Mux Wolf · HR: Radolfzell, Abt. B; Band Il OZ 34 Telefon Radolfzell (07/32) :jl I · Telexi0/9343/allr · Tolnu'ammt Punipenfabrik

2. Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schräubenartigen Verdrängerkörpern -

Bei diesen Verdrängermaschinen wird der spezifische Flüssigkeitsdurchsatz aus dem Produkt des von den Zahnlücken der Schraubengewinde gebildeten Förderquerschnittes der Verdrängerkörper mit deren Steigung gebildet. Bekannte, die Erfindung betreffende Verdrängermaschinen besitzen innerhalb des Arbeitsbereiches einen konstant bleibenden Förderet querschnitt und eine konstant bleibende Steigung. Um einen möglichst großen spezifischen Flüssigkeitsdurchsatz zu erreichen, muß entsprechend dem obengenannten die Steigung und der Förderquerschnitt groß gewählt werden. Aus verschleißtechnischen Gründen ist man in Bezug auf den Förderquerschnitt an bestimmte Abmessungen des Schraubengewindes gebunden. Es ist hierbei üblich, für die Verdrängerkörper ein Schraubengewindeprofil zu verwenden, bei dem durch bestimmte Ausführung der Breite der Schraubengänge bzw. Größe der Zahnlücken er- jL· reicht wird, daß die der Abdichtung dienenden Verdrängerkörper hydraulisch angetrieben werden, so daß über die Flanken des Schraubengewindes so gut wie kein Drehmoment übertragen wird. Würde man wesentlich von diesen sozusagen idealen Abmessungen abgeben, so wären die Gewindeflanken einer sehr starken Abnutzung unterworfen, die zu einem raschen Verschleiß der Maschine führen würde. Im Grunde genommen hat man also nur die Möglichkeit die Steigung zu vergrößern, wenn man bei.einer solchen Maschine den spezifischen Flüssigkeitsdurchsatz

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3. Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schraubenartigen Verdrängerkörpern -

vergrößern will. Bei Verdrängermaschinen, die als Pumpen eingesetzt werden, kann jedoch die Steigung nicht beliebig vergrößert werden, da von der Steigung die Saugfähigkeit der Pumpe abhängt. So rufen große Steigungen innerhalb der Pumpe große Axialgeschwindigkeiten hervor, die kleine Saughöhen zur Folge haben. Da neben einem möglichst großöispezifischen Flüssigkeitsdurchsatz auch eine möglichst große Saughöhe gefordert wird, stellen die derzeit bekannten Ausführungen der Verdrängermaschinen einen Kompromiß dar, der in Bezug auf den maximalen Flüssigkeitsdurchsatz und die Saugfähigkeit unbefriedigend ist.

Es sind auch stufenlos regelbare, als Pumpe oder Motor wirkende Verdrängermaschinen mit zumindest zwei parallelachsig angeordneten, ineinander/greifenden, schraubenartigen Verdrängerkörpern, die von einem Gehäuseteil eng umschlossen sind, bekannt. Bei diesen Verdrängermaschinen ist ein gleichbleibender Förderquerschnitt vorhanden, jedoch keine gleichbleibende Steigung. Die Verdrängerkörper sind bei diesen Maschinen länger ausgeführt als das Gehäuse und können gegenüber dem Gehäuse axial verschoben werden. Je nach Grad der Verschiebung wird ein Spindelbereich mit einer mehr oder weniger großen Steigung wirksam, wodurch äer Flüssigkeitsdurchsatz verändert wird. Da der Förderquerschnitt jedoch konstant bleibt, kommt es entweder zu

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Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schraubenartigen Verdrängerkörpern -

Quetschungen, wenn auf der Zulaufseite die Steigung größer ist als auf der Ablaufseite, bzw*, zur Hohlraumbildung, wenn auf der Zulaufseite die Steigung kleiner ist als auf der Ablaufseite. Um die daraus resultierenden Nachteile einigermaßen zu beseitigen, müssen die schraubenartigen Verdrängerkörper gegenseitig mit einem großen Spiel versehen sein, was zu einem relativ schlechten volumetrischen Wir-

kungsgrad führt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei normalen Verdrängermaschinen mit zumindest zwei parallelachsig, ineinandergreifenden, schraubenartigen Verdrängerkörpern, die von einem Gehäuseteil umschlossen sind, den spezifischen Flüssigkeitsdurchsatz ohne Beeinträchtigung der Saugfähigkeit zu vergrößern, bzw. die Saugfähigkeit bei gleichbleibendem Flüssigkeitsdurchsatz zu erhöhen sowie die obengenannten regelbaren Verdrängermaschinen in dahin zu verbessern, daß bei jeder Regelstellung eine konstante oder annähernd konstante Verdrängung innerhalb des Arbeitsbereiches stattfindet.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die wirksame Steigung der Schraubengewinde der Verdrängerkörper und die von den Zahnlücken der Schraubengewinde gebildete Förderfläche innerhalb des Arbeitsbereiches nicht konstant sind; daß die*Verdrängung von Steigung und Förder-

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5. Batt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schraubenartigen Vetfdrängerkörpern -

fläche umgekehrt proportional oder annähernd umgekehrt proportional erfolgt und das Produkt aus Förderfläche und wirksamer Steigung der Schraubengewinde, für jeden beliebigen Querschnitt des Arbeitsbereiches den oder annähernd den gleichen Wert ergibt.

Diese erfindungsgemäße Ausbildung der Verdrängermaschine dient als Ausgangspunkt für die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe, denn dadurch, daß die Steigung der Schraubengewinde der Verdrängerkörper sowie die Förderfläche innerhalb des Arbeitsbereiches nicht konstant sein brauchen»um eine gleichmäßige Verdrängung zu erreichen, ist es möglich, innerhalb der Verdrängermaschine die Steigung zu variieren und den jeweiligen Betrxebsverhältnissen anzupassen. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Veränderung der Förderfläche durch Verändern der Zahnbreiten der Schrau-

bengewinde der Verdrängerkörper erfolgt. Diese Ausbildung gewährleistet unter der Voraussetzung, daß die Verdrängerkörper mit Schraubengewinden versehen sind, die sich in ihren Durchmesserverhältnissen unterscheiden, unter Beibehaltung der zylindrischen Form der Verdrängerkörper die Veränderung der Förderfläche. Würde die Förderflächenveränderung beispielsweise durch Verändern der Kopfkreisdurchmesser entlang des Arbeitsbereiches erfolgen, so könnte die zylindrische Form der Spindeln nicht mehr beibehalten werden. Die Herstellung der Verdrängerkörper sowie des diese mit engem Spiel umschließenden Gehäuseteiles wäre . .109884/0605

6. Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schraubenartigen Verdrängerkörpern -

fertigungstechnisch äußerst schwierig·

Um bei derartig ausgebildeten Verdrängermaschinen, die als Pumpen eingesetzt werden, die Saughöhe so verbessern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Verdrängerkörper so anzuordnen, daß die Steigung der Schraubengewinde an der Druckseite größer ist als an der Saugseite. Dadurch wird er-P reicht, daß das zu fördernde Medium an der Saugseite mit einer geringeren Axialgeschwindigkeit in den Arbeitsbereich eintritt, wie es an der Druckseite aus diesem abgegeben wird. Die Beschleunigung des Fördermediums von der Eingangsgeschwindigkeit auf die Austrittsgeschwindigkeit erfolgt innerhalb des Arbeitsbereiches§ wenn die Förderkammern schon geschlossen sind, durch die Verringerung der Förderfläche.

k Bei als Pumpen wirkenden Verdrängermaschinen ist es oft erwünscht, daß innerhalb des Arbeitsbereiches von der Saugseite zur Druckseite hin eine geringe Verkleinerung der Verdrängung erfolgt, um beispielsweise im Medium enthaltene Gasblasen oder Lufteinschlüsse langsam zu verdichten oder dieselben im Fördermedium zu lösen. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei Verdrängerpumpen, bei denen keine innere Verdichtung vorhanden ist, diese Gas- -oder Luftblasen an der Druckseite unter Einwirkung des Förderdruckes schlagartig zerfallen oder im Fördermedium gelöst

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7. Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine benartigen Verdrängerkörpern·-"

werden, wodurch erhebliche Laufgeräusche entstehen oder sogar kavitation^ähnliche Zerstörungserscheinungen auftreten, obwohl die Pumpe in Wirklichkeit nicht unter Kavitation arbeitet. Um diese Mängel zu vermeiden, ist bei der. erfindungsgemäßen Verdrängermaschine, insbesondere wenn sie als Pumpe eingesetzt wird,vorgesehen, daß die Veränderung von Steigung und Förderfläche so erfolgt, daß das Produkt derselben innerhalb des Arbeitsbereiches von der Saugseite zur Druckseite hin abnimmt« . *

Die Verdrängerkörper selbst können für die erfindungsgemäße Verdrängermaschine - ausgenommen der stufenlos regelbaren Verdrängermaschine - aus dem vollen Material hergestellt sein. Die Herstellung der Schraubengänge ist hierbei jedoch relativ schwierig und erfordert Spezialmaschinen, mit denen Flanken für Gewinde mit nicht konstanter Steigung hergestellt werden können. Um diese schwierige Fertigung zu umgehen, ist weiter erflndungsgemäß vorgesehen, daß die Verdrängerkörper, wie an sich bekannt, aus axial aneinandergereihten Zahnprofilscheiben bestehen, die gegeneinander, der Steigung entsprechend, verdreht sind. Diese Zahnprofilscheiben können auf einer mit der Steigung versehenen, den Kern des Verdrängerkörpers darstellenden, Welle aufgeschoben sein und mittels Formschlußverbindung nach der Steigung ausgerichtet sein. Die auf der Welle

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8. Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schraubenartigen Verdrängerkörpern -

angebrachte Steigung kann einen konstanten Betrag haben, hierfür ist es jedoch erforderlich, daß die Formschlußverbindung entsprechend der Steigungsveränderung von Zahnprofilscheibe zu Zahnprofilscheibe ihre Winkellage ändert.

Es ist weiterhin auch denkbar, daß die Zahnprofilscheiben auf einer Welle mit nicht konstanter Steigung aufgeschoben sind, die aber nicht der gewünschten Steigung entspricht und daß die Zahnprofilscheiben mit einer Formsehlußverbxndung versehen sind, deren Winkellage von Zahnprofilscheibe zu Zahnprofilscheibe so versetzt ist, daß sich der aus der Steigung der Welle und der Winkellage der Förmschlußverbindung der Zahnprofilscheiben ergebende effektive Steigungsbetrag des Schraubengewindes mit dem der gewünschten Steigung deckt.

Die Zahnprofilscheiben können jedoch auch, wie an sich bekannt, mit einem Vielnutenprofil, insbesondere einem Kerbzahnprofil oder einem Keilwellenprofil versehen sein und auf entsprechend ausgebildeten Wellen der Steigung entsprechend zueinander winkelversetzt aufgesteckt sein.

Für den Teil der Aufgabe, nach der eine stufenlos einstellbare Pumpe mit konstanter Verdrängung geschaffen werden soll, besteht die Lösung, insbesondere unter Verwendung der Grundmerkmale der Erfindung sowie dem weiteren Merkmal, daß die Verdrängerkörper, wie an sich bekannt, aus axial an-

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9. Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schrau-, benartigen Verdrängerkörpern -

einandergereihten Profilscheiben bestehen, die gegeneinander entsprechend der Steigung verdreht sind, wobei die Zahnprofilscheiben der einzelnen Verdrängerkörper auf einer mit der Steigung versehenen Welle aufgeschoben sind und mittels Formschlußverbindung nach der Steigung ausgerichtet sind, darin, daß die mit der Steigung versehenen Wellen länger ausgeführt sind als die Länge der aneinandergereihten Zahn- ,

profilscheiben der Verdrängerkörper und daß die Zahnprofilscheiben auf den Wellen axial verschiebbar angeordnet sind.

Dadurch, daß die Zahnprofilscheiben auf den Wellen axial verschoben werden können, können sie mit verschiedenen Steigungsbereichen in Eingriff gebracht werden. Sind die Profilscheiben mit einer großen Steigung im Eingriff, so ist das spezifische Fördervolumen groß} sind sie hingegen mit einer kleinen Steigung im Eingriff, so ist das spezifische Fördervolumen klein. I

Im einzelnen sind mehrere Ausführungen der erfindungsgemäßen, stufenlos verstellbaren Verdrängermaschine möglich. Eine Ausführung sieht vor, daß die Zahnprofilscheiben gegenüber dem umschließenden Gehäuse axial fixiert sind und die Zahnprofilscheiben zusammen mit dem umschließenden Gehäuse auf den axial

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Ιο. Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schraubenartigen Verdränger körpern <·

feststehenden Wellen verschiebbar sind.

Eine andere Ausführung der erfindungsgemäßen Pumpe sieht vor, daß die Zahnprofxlscheiben und das umschließende Gehäuse axial feststehend sind und die Wellen axial verstellbar angeordnet sind.

Eine weitere, nochmals andere Ausführung sieht vor, daß die Wellen und das umschließende Gehäuse axial feststehend sind, das Gehäuse dieselbe oder annähernd dieselbe Länge besitzt wie die an den Wellen angebrachte Steigung und die Zahnprofxlscheiben axial auf den Wellen verschiebbar sind.

Bei allen diesen genannten Ausführungen der stufenlos regelbaren Pumpe ist gewährleistet, daß bei einer Verschiebung, sei es der Wellen oder der Zahnprofxlscheiben, ein anderer Steigungsbereich und somit ein anderes spezifisches Fördervolumen wirksam wird.

Da bei den erfindungsgmäßen Maschinen die Verdrängerkörper untereinander axial genau fixiert sein müssen,,ist weiter vorgesehen, daß die gegenseitige axiale Fixierung der Wellen, bzw. Verdrängerkörper,wie an sich bekannt,über ineinandergreif fende Wellenbunde erfolgt. Damit die axiale Fixierung genau eingestellt werden kann, ist vorgesehen, daß zumindest der Wellenbund an einem von zwei zusammenwirkenden Verdrängerkörper stufenlos einstellbar ist.

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11. Blatt zur Patentanmeldung — Verdrängermaschine mit schraubenartigen Verdräiigerkörper-n -

Um zu verhindern, daß über die Gewindeflanken der Zahnprofilscheiben Drehmomente übertragen werden, die beispielsweise durch die Flüssigkeitsreibung innerhalb der Pumpe hervorgerufen werden, kann es zweckmäßig sein, daß die axiale Fixierung nicht über ineinandergreifende Wellenbunde, sondern über pfeilverzahnte Zahnräder erfolgt, wobei hierbei ebenfalls aus den vorab genannten Gr(L den mindestens eines von zwei ineinandergreifenden Zahnrädern stufenlos axial, vorzugsweise mit- % tels einer kraftschlüssigen Verbindung, einstellbar ist. Die letztgenannten Merkmale, betreffend die gegenseitige axiale Fixierung der Wellen, bzw, der Verdrängerkörper haben sowohl für die Ausführung der stufenlos verstellbaren Verdrängermaschine als auch für die Verdrängermaschinen ohne stufenlose Verstellbarkeit die gleiche Bedeutung.

Es ist weiter vorgesehen, bei den bisher angeführten möglichen Ausführungen der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine ^ die Verdrängerkörper mit Schraubengewindeprofil zu versehen, dessen geometrisches Mittel aus den Breiten der Schraubengänge am Beginn und am Ende des Schraubengewindes in ungefähr der Breite entspricht, bei der auf die der Abdichtung dienenden Verdrängerkörper über die Schraubengewindeflanken kein Drehmoment übertragen wird. Durch diese Ausbildung wird 'erreicht, daß auf diese Verdrängerkörper zwei entgegengesetzte hydraulische Drehmomente einwirken, die sich jedoch zum großen Teil aufheben.Somit müssen keine wesentlichen Drehmomente über die Flanken des Schraubengewindes, bzw.,

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12. Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schraubenartigen Verdrängerkörpern -

falls vorhanden, über die pfeilverzahnten Zahnräder übertragen werden.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erklärt:

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß & ausgeführte Verdrängerpumpe mit aus dem vollen Mate

rial hergestellten Verdrangerkörpern.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch deren Verdrängerkörper in vergrößertem Maßstab.

Figur 3 zeigt anhand einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit der Förderfläche, des aus der Breite der Schraubengänge resultierenden Zahnwinkels und der Steigung von der axialen Erstreckung der Verdräriger- ^ körper.

Figur 4 zeigt ein weiteres· Beispiel der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine.

Figuren 5 und 6 zeigen Querschnitte durch die Verdrängermaschine gemäß Figur 4 in Höhe der Schnittlinien C-C und D-D.

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13. Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schrau benartigen Verdrängerkörpern -

Figur 7 zeigt eine andere Ausführung der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine.

Figuren 8 und 9 zeigen Querschnitte durch die Verdrängermaschine gemäß Figur 7.

Figur Io zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße, stufenlos verstellbare Verdrängermaschine.

Figuren 11 und 12 zeigen die Ansicht der Verdrängerkörper der Verdrängermaschine gemäß Figur Io, jeweils in der Stellung mit der größten und der kleinsten Verdrängung.

Figur 13 zeigt in einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit der Förderfläche, der Steigung, des Zahnwinkels und des spezifischen Fördervolumens von der Verschiebung der Verdrängerkörper innerhalb der Verdrängermaschine gemäß Figur Io.

Figuren 14 und 15 zeigen Querschnitte der· stufenlos verstell-" baren Pumpe in Höhe der Schnittlinien E-E und F-F,

Figur 18 zeigt einen weiteren Längsschnitt durch diu Pumpe, der zu dem gemäß Figur 1-j um Uc-⁰ versetzt isst,

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Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schraubenartigen VerdrängerJcörpern-

Bei der Verdrängermaschine gemäß Figur 1 werden die Verdrängerkörper 1,2 und 3 innerhalb des Arbeitsbereiches von dem Gehäuse f mit engem Spiel umschlossen. In den Zeichnungen sind die Außendurchmesser der Verdrängerkörper zur besseren Unter-* scheidung längsschraffiert gezeichnet. Der mittlere Verdrängerkörper 1, der für den An- bzw. Abtrieb einen mit einer Paßfeder 5 versehenen Wellenzapfen 6 besitzt, trägt am r Ende zwei Wellenbunde 7 und 8, die die an den seitlichen, der Abdichtung dienenden Verdrängerkörpern 3 und 2 angebrachten Wellenbunde 9 und Io axial fixieren. Die Verdrängerkörper 1, 2 und 3 sind so ausgebildet, daß die Steigung vom wellenbundseitigen Ende her zum Zapfen 6 hin zunimmt. Gleichzeitig nimmt die Zahnbreite des Schraubengewindes des mittleren Verdrängerkörpers ab, während die Zahnbreite der Schraubengewinde 12 der seitlichen Verdrängerkörper 2 und 3 zunimmt.

Wird die dargestellte Verdrängermaschine als Pumpe eingesetzt und in Pfeilrichtung 13 angetrieben, so wird durch den wellenbundseitigen Gewindeanschluß IU das zu fördernde Medium angesaugt und am anderen Ende der Verdrängerkörper durch den Gewindeanschluß 15 wieder abgegeben. Ander Saugaeita 16 wird die Verdrängermaschine durch den Deckel 17 verschlossen} an der Druckseite 18 durch den Deckel 19, Im Deckel 19 ist der mittlere Verdrängerkörper mittels eines Kugel.Lagern 2o axial und radial gelagert.

Der Kolben 21 dient der hydraulischen Schubentlastung

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15. Blatt zur· Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schraubenartigen -Verdrängerkörpern - ' " ."",'"..'

des Verdrängerkörpers 1. Um den Einbau des Kugellagers 2o zu ermöglichen, ist der Deckel 19 wiederum mit einem Abschlußdeckel 22 versehen, in dem die Radialdichtringe 23 angebracht sind, um die Durchführung des mittleren Verdrängerkörpers abzudichten. Der Raum 24 zwischen dem Kugellager 2o und dem Deckel 22 ist durch die Bohrung 25 im mittleren Verdrängerkörper mit dem Saugraum der Pumpe verbunden und somit vom Druck entlastet. Die axiale Einstellung der seitlichen_ Verdrängerkörper 2 und 3 erfolgt über die Beilegescheiben

In Figur 2 zeigen die voll ausgezogenen Linien den Querschnitt der Verdrängerkörper gemäß der Schnittlinie A-A, die gestrichelten Linien den Querschnitt der Verdrängerkörper gemäß der Schnittlinie B-B der Verdrängermaschine gemäß Figur 1. Von dem Querschnitt gemäß der Schnittlinie A-A ausgehend, verändert sich hierbei der Zahnwinkel der Schraubengewinde 11, 12 von dem Wert 2T₁ um den Betrag Δ ίΓ auf den Wert 7*2 · Daraus resultierend verändern sich auch die Zahnbreiten der Schraubengewinde von dem Wert bi auf den Viert b2 und ai auf &2» Anhand der folgenden Gleichung

kann die relative Änderung der Förderfläche errechnet werden, also den Betrag, um den sich die Förderfläche innerhalb des Bereiches von A nach B verändert. Es stellen hierbei dar: T den Zahn- bzw, Zahnlückenwinkel bezogen auf den strichpunktiert gezeichneten Teilkreis, dessen Durchmesser im dar-;

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1,6. Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schraubenartigen Verdrängerkörperri -

gestellten Beispiel für alle drei Verdrängerkörper gleich groß ist.

D^ = Außendurchmesser des mittleren Verdrängerkörpers,. D2 = Innendurchmesser des-mittleren Verdrängerkörpers. D3 = Äußerer Durchmesser der seitlichen Verdrängerkörper.. Dij. = Innerer Durchmesser der seitlichen Verdrängerkörper. Bezogen auf den Ausgangsförderquerschnitt Fl beträgt somit der Förderquerschnitt F2 = F-± +AF, Um die Forderung nach einer konstant bleibenden Verdrängung zu erfüllen, muß sich die Steigung ebenfalls verändern und zwar nach der Formel

Fi-Sj- F₂ S₂

Innerhalb der axialen Erstreckung der Verdrängerkörper soll die Förderflächenveränderung und die Veränderung der Steigung kontinuierlich erfolgen. Die Veränderung erfolgt somit nach einer geometrischen Reihe. Wird die axiale Erstreckung von A nach B in eine bestimmte Anzahl = η Stufen unterteilt, so kann folgende Gleichung aufgestellt werden

Fn - F₄ · qⁿ
Für die Steigung ergibt aus Kontinuitätsgründen"

Die Zusammenhänge bezogen auf die axiale Erstreckung sind in dem Diagramm gemäß Figur 3 dargestellt. Die Werte bezie hen sich auf eine Verdrängermaschine, wie in Figur 1 darge

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17. Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schrau·^ benartigen Verdrängerkörperh ;-■■,"■■. .

stellt, mit einem mittleren und zwei seitlichen Verdrängerkörpern. Es liegen folgende Abmessungen zugrunde:

^Dl	= 3	cm
D₂	= 2	cm
D₃	= 2,2	cm
^D4	= 1,2	cm
h	= 45°
H₂	= 135°
. F₁	= 3,4	cm2
also Δ Τ	= 9o°
δΓ.	= ο,72	cm
ρ-	= 4,12	cm

Die Veränderung von if nach X2 .und somit von der Fläche F^ nach F2 soll in η = 2o Stufensprüngen erfolgen. Der Stufen sprung wird aus der Exponential-Gleichung

mit q = I,oo96 errechnet. Ferner nimmt in dem Bereich von η = ο bis η = 2o die Steigung gemäß der Formel

und dem Anfangswert 79,9 mm auf 66 mm ab, Werden die einzelnen Werte nach jedem Stufensprung von F und s, der Förderfläche und der Steigung, multipliziert, so ergibt sich über den gesamten Bereich von η = ο bis η = 2o eine konstant bleibende Linie F*s, d.h., der spezifische Flüssigkeitsdurch-

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18. Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schraubenartigen Verdränger körpern ·--

satz wird innerhalb des Bereiches von η = ο bis η = 2o nicht verändert. Auf die Bedeutung der gestrichelt gezeichneten Linien in Figur 3 wird später eingegangen.

Die in Figur 4 dargestellte Verdrängermaschine besitzt etwa denselben Aufbau wie die gemäß Figur 1. Die Unterschiede bestehen in einer anderen Ausbildung der Verdrängerkörper 27, 28 und 29, die jedoch in ihrer ,Funktion den Verdrängerkörpern 1, 2 und 3 der Verdrängermaschine gemäß Figur 1 entsprechen. Die Verdrängerkörper 27, 28, 29 bestehen aus einzelnen axial aneinandergereihten Zahnprofilscheiben 3o, 31 und 32, die, wie in der oberen Bi,ldhälfte dargestellt ist, auf den mit den Schraubennuten 33 und 34 versehenen Wellen 35 und 36 aufgesteckt sind* Bei dieser Darstellung sind die Zahnprofilscheiben sinnbildlich nur mit den Außen- und Kerndurchmessern gezeichnet. Die Steigung der Schrau-. bennuten 33 und 34 sind nicht konstant, sondern verhalten sich nach der Formel S_n - ■■

Wie aus den Figuren 5 und 6 zu ersehen ist, sind die Zahnprofi Ischeiben 3o, 31, 32 mittels den Zylinderstiften 37, 38 formschlüssig nach den Schraubennuten 33 und 34 '' ausgerichtet. Da die Zylinderstifte ihre Winkellage zur Zahnmitte der Zahnprofilelemente nicht verändern, ent- / spricht die Steigung der von den Zahnprofilelementen gebildeten,mit dünnen Vollinien angedeuteten Schraubengewin-

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19. Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schraubenartigen Verdrängerkörpern —" :

de 11, 12 der Steigung der auf den Wellen 35, 36 angebrachten Schraubennuten 33, 3»*. Aus der Formel

F_n-F₁ q"

resultierend," verändert sich zwischen den Querschnitten gemäß den Figuren 5 und 6 die Zahnbreiten von a^ auf a₂ und von b^ auf b2·

Was in den Zeichnungen nicht so genau dargestellt werden kann, ist, daß sich die Zahnbreite bzw. daraus resultierend die Zahnwinkel und/oder die Steigung nicht genau nach den genannten Formeln verhalten müssen. Sie können sich ohne weiteres auch so verhalten, wie es in Figur 3 durch die gestrichelten Linien dargestellt ist. Hierdurch wird im Einsatz der Pumpe, wenn bei η = 2o die Saugseite ist, eine Abnahme des spezifischen Fördervolumens erreicht, wodurch eine Verdichtung eintritt, die einen besonders geräuscharmen Lauf. zur Eolge hat.

Die in Figur 7 gezeigte Verdrängermaschine entspricht im wesentlichen der gemäß Figur H. Bei dieser Verdrängermaschine sind im Unterschied zu der gemäß Figur H die Zahnprofilscheiben 39, Ho, Hl, wie besonders deutlich aus Figuren 8 und 9 zu ersehen ist, auf mit Kerbverzahnung _t versehenen Wellen H2, «*3, H¹* entsprechend der gewünschten Steigung gegenseitig verdreht auf der Welle aufgesetzt.

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2o. Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schraubenartigen Verdrängerkörpern -

Bei der stufenlos verstellbaren Verdrängermaschine gemäß Figur Io sind in einem rohrartigen Gehäuseteil 45 drei Wellen 46, 47, 48 angeordnet, die mit den Schraubennuten 49, 5o und 51 versehen sind· Das Gehäuse 15 wird durch die Deckel 52 und 53 verschlossen« Die mittlere Welle 46 ist durch den Deckel 52 hindurchgeführt und für den An- bzw. Abtrieb mit einem mit einer Paßfedernut 54 versehenen Wellenzapfen 55 ausgerüstet. Zur axialen und radialen Führung der Welle dient das Kugellager 56, Auf der Welle 46 ist weiter ein pfeilverzahntes Zahnrad 57 befestigt, das mit den auf den Wellen 47 und 48 angebrachten weiteren pfeilverzahnten Zahnrädern 58 und 59 in Eingriff steht« Damit die Schraubennuten 49, 5o, 51 gegenseitig genau ausgerichtet werden können, sind die pfeilverzahnten Zahnräder 58 und 59 mittels den Spannelementen 6o, 61 kraftSchlussig mit den Wellen 47 und 48 stufenlos einstellbar verbunden. Die Wellen 47 und 48 selbst besitzen je einen der radialen Führung dienenden, im Deckel 52 gelagerten, zapfenförmigen Ansatz 62, 63,dessen vordere Fläche über die Bohrungen 64 und über die Bohrung 65 der mittleren Welle mit dem Druckraum der Verdrängermaschine verbunden ist. Die innere Bohrung des Gehäuses 45 umschließt mit engem Laufspiel ein axial verschiebbares weiteres Gehäuse 68, das seinerseits wieder die auf den Wellen 46, 47, 48 aufgesteckten Zahnprofilscheiben 69, 7o, 71 umschließt. Diese Zahnprofilscheiben sind in

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21« Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit sehrau· benartigen Verdrängerkörpern -

dem Gehäuse 68 mittels den mit den Durchbrüchen 72, 73 versehenen Deckscheiben 74, 75 axial fixiert. Wie aus den Figuren IH, 15, 16 zu ersehen ist, werden die Deckscheiben 74, 75 mittels den Schrauben 76 festgehalten. Das Gehäuse kann über die im Deckel 53 drehbar gelagerte, mit einem Handrad 78 versehene Gewindespindel 77 axial bewegt werden. Da die Zahnprofilscheiben mittels den Zylinderstiften 79, 8o, 81 nach der Steigung der Schraubennuten 49,5o,51 ausgerichtet sind, passen sich die Zahnprofilscheiben bei der axialen Verschiebung des Gehäuses 68 der Steigung der Schraubennuten automatisch an. Die Zahnprofilscheiben bilden dabei Verdrängerkörper, die entsprechend denen der Ausführung gemäß Figur 4 ausgebildet sind.

In Figur IU ist die Ansicht der Deckseheibe 75 dargestellt. Die Ansicht zeigt die Form der Durchbrüche 73, durch die das die Verdrängermaschine durchströmende Medium zu- bzw. abfließen kann. Die Form der Deckscheibe 7t entspricht im wesentlichen der Ausführung der Deckscheibe 75, Wie schon beschrieben, kann durch Drehen des Handrades 78 das Gehäuse 68 in dem Gehäuse 45 verschoben werden. Wird bei der gezeigten Ausführung das Gehäuse bis zu den pfeilverzahnten Zahnrädern 57,58,59 verschoben, sonnehmen die Zahnprofilscheiben 69,7o,71 die in Figur 11 dargestellte Form von Schraubengwilden mit großer Steigung an. Die dünnen Vollinien zeigen dabei den theoretischen Verlauf der»

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22. Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schraubenartigen Verdrängerkörpern-

Schraubengewinde 11» 12 der Verdrängerkörper die mit den Pos. 82, 83, 84 gekennzeichnet sind. Dementsprechend nehmen die Zahnprofilscheiben eine Stellung ein, die einem Schraubengewinde mit kleinerer Steigung entspricht, wenn, wie in Figur gezeigt ist, das Gehäuse 68 die in Figur Io dargestellte Lage in der Nähe des Deckels 53 einnimmt.

In dem Diagramm gemäß Figur 13 ist der Zusammenhang von Förderfläche und Steigung in Abhängigkeit von der axialen Erstreckung der Wellen 46, 47, 48 wiedergegeben. Dem Diagramm leigen dieselben Abmessungen der Zahnprofilscheiben wie dem Diagramm gemäß Figur 3 zugrunde, d.h., in innerhalb von 2o

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Stufensprüngen wird die Förderfläche von 3,4 cm auf 4,12 cm verändert. Wird nun die 2o Stufensprünge umfassende Zahnprofilscheibenreihe auf den wie dargestellt 44 Stufensprünge umfassenden Wellen nach rechts verschoben, so wird eine immer kleiner werdende Steigung wirksam und das spezifische Fördervolumen nimmt ab. Dieses bleibt jedoch innerhalb der Zahnprofilscheibenreihe konstant. Mit den dargestellten Abmessungen der stufenlos regelbaren Verdrängermaschine kann z. B. der spezifische Flüssigkeitsdurchsatz von ca. 27 cm³ auf ca, 21,5 cm^ stufenlos verstellt werden. Die angegebenen Werte stellen für die Regelbarkeit einer solchen Pumpe keine Grenzwerte dar..Durch eine andere Wahl der Abmes,-sungen der Verdrängerkörper oder durch eine größere Zahl von Stufensprüngen für die Länge der Schraubennut oder durch größere Stufensprünge für die Abnahme der Förderfläche kann

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23. Blatt zur Patentanmeldung - Verdrängermaschine mit schraubenartigen Verdrängerkörpern -

das spezifische Fördervolumen noch in größerem Maße verändert werden.

Bei den dargestellten Ausführungen der Verdrängerkörper beträgt das geometrische Mittel des Zahnwinkels /" 9o°, da etwa bei diesem Winkel unter Verwendung des gezeichneten Schraubenprofiles auf die seitlichen Verdrängerkörper über die Schraubengewindeflanken kein nennenswertes Drehmoment übertragen wird.

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Claims

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J 1,1 Als Pumpe oder Motor wirkende Verdrängermaschine mit min-— destens zwei parallelachsig angeordneten, ineinandergreifenden, schraubenartigen Verdrängerkörpern, von denen zumindest einer dem Antrieb bzw. dem Abtrieb und zumindest einer der Abdichtung dient und die von· einem Gehäuseteil eng umschlossen sind, mit konstanter oder annähernd konstanter Verdrängung innerhalb des Arbeitsbereiches, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Steigung s der Schraubengewinde (11,1-2) der Verdrängerkörper (1,2₉3,27, 28,29,82,83,84) und die von den Zahnlücken der Schraubengewinde gebildete Förderfläche F innerhalb des Arbeitsbereiches nicht konstant sind, daß die Veränderung von Steigung s und Förderfläche F umgekehrt proportional oder annähernd umgekehrt proportional erfolgt und das Produkt aus Förderfläche F und wirksamer Steigung s der Schraubengewinde für jeden beliebigen Querschnitt des Arbeitsberei-P ches den oder annähernd den gleichen Wert ergibt.
2. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Förderfläche F durch Verändern der Zahnbreiten a, b der Schraubengewinde (11,12) der . Verdrängerkörper (1,2,3,27,28,29,82,83,84) erfolgt.
3. Verdrängermaschine, insbesondere Pumpe nach Anspruch I₅ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung s der Schraubengewinde (11,12) der Verdrängerkörper (1,2,3,27, 28,29,82,83,84) an der Druckseite (18) größer ist als

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an der Saugseite (16).
4. Verdrängermaschine, insbesondere Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung s und die Zahnbreite a,b dei» Schraubengewinde (11,12) so ausgeführt ist, daß das Produkt aus Steigung s und Förderfläche F innerhalb des Arbeitsbereiches von der Saugseite (16) zur Druckseite (18) hin abnimmt. .
5. Verdrängermaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - U ,dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängerkörper (27,28,29,82,83,8¹O, wie an sich bekannt, aus aixal aneinandergereihten Zahnprofilscheiben (3o,31,32,39,4o,41,69, 7o,71) bestehen, die gegeneinander, der Steigung s entsprechend, verdreht sind. . ^v
6. Verdrängermaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnprpfilschexben (3o,3i,32,69,7o,71) auf den mit der Steigung s versehenen Wellen (35,36,46,47,48) aufge-^ schoben sind und mittels einer Formschlußverbindung, die beispielsweise durch in Schraubennuten (33,34,49,5o,51)

_fc eingreifende Zylinderstifte (37,38,79,8o,81) gebildet wird, nach der Steigung s ausgerichtet sind.
7. Verdrängermaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnprofilscheiben auf einer Welle mit konstanter

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Steigung aufgeschoben sind und daß die Formschlußverbindung entsprechend der Steigungsveränderung von Zahnprofilscheibe zu Zahnprofilscheibe ihre Winkellage ändert.
8. Verdrängermaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnprofilscheibe auf einer Welle mit nicht konstanter Steigung aufgeschoben sind und daß die Zahnprofil-

P scheiben mit einer Formschlußverbindung versehen sind, deren Winkellage von Zahnprofilscheibe zu Zahnprofilscheibe so versetzt ist, daß sich der aus der Steigung der Welle und der Winkellage der Formschlußverbindung der Zahnprofilscheiben ergebende effektive Steigungsbetrag des Schraubengewindes mit dem der Steigung s deckt.
9. Verdrängermaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnprofilscheiben (39,Ίο,Ul)₉ wie an sich bekannt,

* mit einem Vielnutprofil, insbesondere einem Keilwellenprofil oder Kerbzahnprofil versehen sind und auf entsprechend ausgebildeten Wellen (Η2,Η3,41) der Steigung s entsprechend zueinander winkelversetzt angebracht sind.

Io. Als Pumpe oder Motor wirkende Verdrängermaschine mit zumindest zwei parallelachsig angeordneten, ineinandergreifenden ι zylindrischen, schraubenartigen Verdrängerkörpern, die von einem Gehäuseteil eng umschlossen sind und deren spezifisches Fördervolumen innerhalb des Arbeitsbereiches konstant oder annähernd konstant ist, insbesondere Ver-
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drängermaschine nach den Ansprüchen 5 oder 6 mit stufenlos verstellbarem spezifischen FlÜssigkeitsdurchsatz, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Steigung s versehenen Wellen (46,47,48) länger ausgeführt sind als die Länge der aneinandergereihten Zahnprofilscheiben (69,7o,71) und daß die Zahnprofilscheiben auf den Wellen axial verschiebbar angeordnet sind»
11. Verdrängermaschine nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnprofilscheiben (69,7o,71) gegenüber dem umschließenden Gehäuse (68) axial fixiert sind und die Zahnprofilscheiben zusammen mit dem umschließenden Gehäuse auf den axial feststehenden Wellen (46,47,48) verschiebbar sind.
12. Verdrängermaschine nach Anspruch Io , dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnprofilscheiben (69,7o,71) und das umschließende Gehäuse (68) axial feststehend und die Wellen (46,47,48) axial verstellbar angeordnet sind.
13. Verdrängermaschine nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (46,47,48) und das umschließende Gehäuse (68) axial feststehend sind, das umschließende Gehäuse (68) dieselbe oder annähernd dieselbe Länge besitzt wie die an den Wellen (47,47,48) angebrachte Steigung und die Zahnprofilscheiben (69,7o,71) axial auf den Wellen verschiebbar sind.

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14. Verdrängermaschine nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch geJcennzeiehnet, daß die gegenseitige axiale Fixierung der Wellen (35,36,42,43,44,46, 47,48) bzw. Verdrängerkörper Cl,2,3,27,28,29) über ineinandergreifende Wellenbunde (7,8,S₉Io) erfolgt und zumindest der Wellehbund an einem von zwei zusammenwirkenden Verdrängerkörper bzw. Wellen stufenlos axial einstellbar ist,
15. Verdrängermaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitige axiale Fixierung der Wellen (46,47_s48) über pfeilverzahnte Zahnräder (57_S58,59) erfolgt und daß zumindest eines von zwei ineinandergreifenden Zahnrädern stufenlos axial,mittels einer kraftschlüssigen Verbindung, beispielsweise durch Spannelemente (6o,61), einstellbar ist.
16. Verdrängermaschine nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das geometrische Mittel aus den Zahnbreiten a, b am Beginn und am Ende der Verdrängerkörper (1,2p,82,83,84,27,28,29) in ungefähr der Zahnbreite entspricht, bei der auf die seitlichen Verdrängerkörper (2,3,28,29,82,84) über die Schraubengewindeflanken ' kein Drehmoment übertragen wird.

Radolfzell, 29. Juni 197o

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