DE281104C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 281104 - " KLASSE Ub. GRUPPE

Die Erfindung bezieht sich auf eine als Kraftmaschine oder Pumpe für¹ Gase und Flüssigkeiten verwendbare Maschine mit umlaufendem Kolben. Gemäß der Erfindung wird eine derartige Maschine dadurch gebildet, daß in einer Schraubenmutter eine damit in Eingriff stehende Schraube von kleinerem Durchmesser exzentrisch unter Ausfüllung des freien Raumes zwischen Schraube und Mutter durch einen

ίο entsprechenden muldenförmigen Körper angeordnet ist. ■

Die Fig. ι und 2 der Zeichnung lassen eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgedankens erkennen. Die rechtsgängige Schraube S¹ gelangt mit dem Rechtsgewinde und die linksgängige SchraubeS² mit demLinksgewinde der Mutter von größerem Durchmesser in Eingriff, und die Mulde N füllt den freien Raum zwischen Schrauben und Mutter aus.

Wird die Mutter M durch irgendeine äußere Kraft angetrieben, so müssen sich die Schrauben S¹ und S² innerhalb des feststehenden muldenförmigen Körpers N im gleichen Sinne mitdrehen, wobei das Übersetzungsverhältnis durch die Teilzylinder und Neigungswinkel bestimmt ist und z. B. bei gleichem Neigungswinkel in den Teilzylindern den Wert des Verhältnisses der Teilzylinder annimmt. Unter Annahme des durch Pfeil in der Zeichnung an-'

3d gedeuteten Drehsinnes der Mutter M fördert die Anordnung als Pumpe eine bei den Öffnungen α der Mutter eintretende Flüssigkeit über die Schraubengänge zu dem Kanal b und von da in den feststehenden muldenförmigen Körper N, an welchen die Druckleitung D angeschlossen ist. Der Flüssigkeitsweg ist ebenfalls durch Pfeile in Fig. 1 und 2 gekennzeichnet, wobei die Förderrichtung natürlich.mit Umkehr des Drehsinnes der Mutter M wechselt.

Soll andererseits die Maschine der Fig. .1 und 2 als Kraftmaschine wirken, so wird das Treibmittel, z.B. Dampf, bei D zugeleitet und verläßt bei α die Mutter M. In diesem Falle läßt sich eine einmalige Expansion dadurch erreichen, daß durch eine Einlaßsteuerung bekannter Bauart der Dampfzuführungskanal abgeschlossen wird, bevor die Auslaufenden c und d der Schrauben S¹ und S² mit den Auslaufenden e und f der Gänge der Mutter zum erneuten Eingriff gelangen, und somit das abgeschlossene Dampfvolumen mit der Vergrößerung der Gangvolumina expandieren kann. . Ein solch absatzweises Einführen des Treibmediums läßt sich in einfacher Weise verwirklichen, indem die Schraubengänge der Schrauben S¹ und S² und der Mutter M bis zur Mittelachse X, Y, wie bei den bekannten Pfeilrädern, ausgeführt und hierdurch während eines Teiles jeder Umdrehung die Öffnungen b des muldenförmigen Körpers N durch die Auslaufenden überdeckt werden. Die Maschine arbeitet dabei mit konstanter Füllung, jedoch läßt sich auch eine Füllungsregelung durch entsprechende Steuerung der Öffnungen b, z. B. durch Schieber, denken.

Der Fortschritt, der durch die Erfindung

gegenüber den bisher üblichen Ausführungen von Kapselwerken erreicht wird, besteht vor allem in der bedeutenden Vereinfachung der Bauart und der erhöhten Sicherheit der Wirkungsweise. Gleichzeitig ergibt sich der Vorteil, daß die Maschine im Verhältnis zur Leistung sich sehr klein baut und selbst für sehr hohe Drehzahlen verwendbar ist, sowie auch bei gleicher Konstruktion ebensogut als Kraft-. maschine wie als Pumpe' arbeitet. Die notwendige Dichtung der berührenden Schraubenflachen läßt sich leicht erreichen, die Berührungs-

. längen zwischen Schraube und Mutter können sehr kurz gehalten werden, und der allmähliche Eingriff der ineinander kämmenden Teile sichert ein geräuschloses Arbeiten auch bei hohen Drehzahlen.

Die Erfindungsidee läßt sich auch derart verwirklichen, daß zwei oder mehrere Schrauben innerhalb der Mutter unter entsprechender Gestaltung des muldenförmigen Körpers angeordnet werden. Dadurch wird eine weitere Verminderung der Baulänge gegenüber Ausführungen wie nach Fig. 1 und 2 möglich. Die Schrauben müssen nämlich mindestens so lang gemacht werden, daß das eine Ende der Schraube mit dem der Mutter zum Eingriff gelangt, bevor das andere Schraubenende mit dem entsprechenden Ende der Mutter , außer Eingriff kommt, um ein Zurückfließen des geförderten Mediums zu verhindern. Bei der Maschine nach Fig. ι und 2 müssen also die eingängigen Schrauben S¹ und S² mit mindestens zwei, und die zweigängige Doppelmutter M mit wenigstens einer ganzen Steigung pro Gewinde ausgeführt werden. Werden jedoch z. B. zwei eingängige Doppelschrauben innerhalb einer dreigängigen Mutter vorgesehen, so genügen für die Schrauben bereits ³/₂ Steigungen, während für die Doppelmutter je ²/₃ Steigung erforderlich ist, weil durch die Schrauben pro Umdreheung jeder Gang :.' der dreigängigen Mutter während Y₃ Umdrehung abwechselnd geschlossen gehalten wird. Der Einbau von mehreren Schrauben gestattet also eine entsprechende Verkürzung der achsialen Abmessungen der Anordnung. Andererseits besteht bei Verwendung von mehr Steigungen als nötig die Möglichkeit, das Gesamtgefälle vor und hinter der Maschine in den verschiedenen abgeschlossenen, hintereinander geschalteten Fördergärigen in einzelne Triebgefälle zu zerlegen, woraus sich geringere Undichtigkeitsverluste und daher bessere volumetrische Wirkungsgrade ergeben.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Kapselwerk gemäß der Erfindung, bei welchem zwei — es können selbstverständlich auch mehr sein — symmetrisch in eine feststehende Mutter M eingebaute Schraubenpaare S¹,'S² und S³, S⁴ verwendet sind. Der muldenförmige Körper N wird hier bei der Wirkung als Arbeitsmaschine von außen über die Welle W angetrieben, und die Mutter M bewirkt die Drehung der mit dem muldenförmigen Körper umlaufenden Schrauben um deren eigene Achsen, wobei als-Übersetzung beispielsweise 1 : 3 angenommen ist. Die auf den Schraubenachsen sitzenden Zahnräder Z¹ und Z² rollen auf einer am einen Ende der feststehenden Mutter M angebrachten Verzahnung ab, was die Übertragung der Antriebskraft von der Mutter auf die Schrauben über diese Verzahnung sichert und .die ungünstige Beanspruchung der Schraubenflanken bei unmittelbarem Antrieb vermeidet. Die eingezeichneten Pfeile geben wieder die angenommene Drehrichtung und den daraus folgenden Förderweg mit α als Eintritts- und b als Austrittsöffnung für den Fall der Pumpenwirkung der Maschine. V

Ein Vorzug der Erfindung besteht auch darin, daß bequem zwei oder mehrere Maschinen sich ineinander anordnen lassen. Gemäß der Erfindung kann der Zusammenbau so erfolgen, daß die Mutter der einen jeweils mit ihrer Außenseite als Schraube der nächstgrößeren Maschine wirkt. Derartige Mehrfachkapselwerke können z. B. ähnlich wie die Mehrzylinderdampfmaschinen dazu benutzt werden, eine mehrmalige Expansion des Treibmittels bzw. eine mehrfache Kompression des Fördermittels zu erzeugen.

Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen diese Verbesserung der Erfindungsidee an einer Doppelmaschine. In der drehbaren Außenmutter M'² ist der feststehende muldenförmige Körper N² eingebaut, sowie die Schraube M¹, deren Innenraum als Mutter für eine zweite mit 'einem weiteren feststehenden muldenförmigen Körper N¹ zusammen arbeitende kleinere Doppelschraube S¹, S² ausgebildet ist. Das Treibmittel wird bei Benutzung der Doppelmaschine als Kraftmaschine an dem einen Ende α der Mulde N¹ zugeführt, durchströmt diese und gelangt durch deren Aussparungen b in die Gänge der Schrauben S¹, S² und der Mutter M¹. Durch den vom Treibmittel auf die Schraubenflachen ausgeübten Druck werden die Schrauben S¹, S² und die Mutter M¹ in Umdrehungen versetzt, wobei sich das Treibmittel in achsialer Richtung entsprechend der achsial fortschreitenden Bewegung der Eingriffslinien der Schraubenflächen vorwärts bewegt und in die Räume c und d gelangt, von wo es in die äußere Maschine eintritt und, nach Durchlaufen der Gänge derselben, durch die Kanäle b sowie durch die in der Mitte x, y vorgesehenen Öffnungen e den mit der Abflußleitung verbundenen feststehenden muldenförmigen Körper 2V² erreicht. Die Schrauben S¹, S² übertragen ihre Drehmomente auf die Mutter M¹, und diese

ihrerseits arbeitet als Schraube mit der Mutter M² zusammen, von der das Gesamtdrehmoment der Maschine abgenommen werden kann. .

Ein Ineinanderbau von mehreren Maschinen ist gemäß der Erfindung ohne weiteres auch dann möglich, wenn es sich um. Kombinationen zwischen Maschinen mit gleichgängigen Schrauben und innen liegendem Gehäuse und Maschinen mit links- und rechtsgängigen Schrauben

ίο und außen liegendem Gehäuse handelt. Es läßt sich der muldenförmige Körper des einen dazu benutzen, die andere oder auch eine . gleichartige Maschine einzubauen.

In den Fig. 7 bis 9 ist durch unmittelbare Kupplung zweier Kraft- bzw. Arbeitsmaschinen eine Maschine gemäß der Erfindung gebildet. . Die Schrauben S¹, S², S³, S⁴ der einen z. B. als Dampfmaschine gedachten Maschine · sind unmittelbar mit den Schrauben S⁶, 5⁶ der anderen verbunden, die z. B. als Pumpe dienen soll, ebenso wie auch die zugehörigen Muttern M¹ und M² ein zusammenhängendes Ganzes bilden. Es findet also hier eine jedes Zwischenglied vermeidende Übertragung der Drehmomente von Kraftmaschine auf Pumpe für Schrauben sowohl als für Muttern statt, was die Abnutzung der Schraubenflächen an den Berührungsflächen und die Reibungsverluste beseitigt. Die durch die ganze Doppelmaschine sich erstreckende, an den Stützen F¹ und F² fest gelagerte Mulde N ist in zwei Teile geschieden, welche für die Zu- und Ableitung des Dampfes bzw. der Förderflüssigkeit dienen. Das Treibmittel .strömt durch die Kanäle k des den Deckel d ¹ durchdringenden Stutzens a¹ ein und gelangt durch die Öffnungen b in die Schraubengänge. Die Öffnungen b, welche zweckmäßig dreieckige Form erhalten, werden von den beiden spitz zulaufenden Schraubenenden g und h der Schrauben S¹ und S² während eines Teiles einer Umdrehung geöffnet und geschlossen, und bei ihrem Abschluß expandiert das in den innersten Gängen eingeschlossene Dampfvolumen. Gleichzeitig kann durch Veränderung des Eintrittsquerschnittes des Zuführungskanals k die Füllung verstellt werden. Die mit den Schrauben S¹ bzw. S² hintereinander geschalteten Schrauben S⁸ und S⁴ besitzen eine größere Steigung, so "daß an den Übergangsstellen in den Schraubengängen eine abermalige Expansion des Dampfes stattfindet. Eine mehrmalige Expansion kann natürlich auch durch verschiedene Tiefe der Schraubengänge erreicht werden. Nachdem das Treibmittel in der Maschine M¹ Arbeit geleistet hat, wird es durch die Öffnungen 0 bzw. w in den Abdampfkanal u geleitet. Der Pumpe andererseits wird die Förderflüssigkeit durch den Saugkanal I des im Deckel d² gelagerten Stutzens a² zugeführt. Die Schrauben S⁵, S⁶, welche von der Kraftmaschine über die Welle φ angetrieben werden, fördern dann die Flüssigkeit von beiden Seiten nach dem Raum z, von wo sie durch die Öffnungen q des muldenförmigen Körpers N in den Druckkanal r eintritt.

Um in einfacher Weise eine fortwährende Expansion- des Treibmittels bzw. eine fortschreitende Kompression des Fördermittels bei ununterbrochener Zuführung des Treib- bzw. Fördermittels zu erhalten, erscheint die in den Fig. 10 bis 12 gegebene Bauart für eine Maschine nach der Erfindung besonders vorteilhaft. Durch Zugrundelegung der kegelförmigen Form für die Mutter, Schraube und den füllmuldenförmigen Körper sind hier Gangvolumina erreicht, welche gegen die Spitze zu beständig abnehmen. Die beiden kegelförmigen.Muttern M¹ und M² dieser aus Kraftmaschine und Pumpe bestehenden Doppelanordnung sind mit ihren großen Deckeln starr gekuppelt, wodurch die auf sie wirkenden Achsialdrücke ausgeglichen werden. Bei den Schrauben S¹ und S²; welche in den feststehenden muldenförmigen Körpern N¹ und N², gelagert sind, werden die Achsialschübe zum . Teil in den Spurlagern aufgenommen und zum Teil mittels der mit Labyrinthrillen versehenen. Druckausgleichflächen unter Zuhilfenahme von gespanntem Treibmittel bzw. von komprimiertem Gas aufgehoben. Das zweiteilige Gehäuse H auf der Seite' der Kraftmaschine dient dazu, Wärmeverluste zu verhindern und das entspannte Treibmittel abzuführen, das über den Kanal β und die Öffnungen b eintritt. Der Pumpe wird das zu komprimierende Gas durch die Öffnung c des Deckels d² zugeführt, um nach Verdichtung in den. Schraubengängen durch das Rohr f abgeleitet zu werden. Das Übersetzungsverhältnis ist bei der Anordnung nach den Fig. 10 bis 12 zu Y₂ angenommen, und die Muttern sind acht-, die Schrauben viergängig gezeichnet. Die Kraftübertragung wird natürlich durch Verwendung mehrgängiger Schrauben verbessert, während andererseits die Undichtheiten für eingängige Schrauben geringer werden.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele erschöpfen selbstverständlich nicht alle auf Grund der Erfindungsidee möglichen Bauarten. So ist z. B. auch bei kegelförmiger Form von Mutter, Schraube und muldenförmigem Körper ein Ineinanderbau von mehreren Maschinen möglich, indem die kleinere immer in dem muldenförmigen Körper der nächst größeren angeordnet wird, wobei bei einer Doppelanordnung die eine als Kraftmaschine, die andere als Pumpe wirken kann. Auch die üblichen Steuervorrichtungen wie Schieber, Ventile und ähnliche Organe können natürlich bei den verschiedenen Verwirklichungsformen der Erfindung zwecks Regelung der Kraftmaschinen-

bzw. Pumpenwirkung in passender Weise vorgesehen werden.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Kraftmaschine oder Pumpe mit umlaufendem Kolben für Gase und Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Schraubenmutter eine damit in Eingriff stehende Schraube von kleinerem Durchmesser exzentrisch unter Ausfüllung des freien Raumes zwischen Schraube und Mutter durch einen entsprechenden muldenförmigen Körper angeordnet ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.