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Maschine mit kreisschwingendem Wälzkolben.
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Schnitt nach der Linie b-b der Fig. 5 ; die Fig. 7 und 8 sind Schnitte durch einen zweistufigen Verdichter ; Fig. 9 ist eine Maschine, die nach Art der Widder eine Di uekerhöhung des Nutzwasser ermöglicht : Fig. 10 ist ein Schnitt nach f-/der Fig. 9 mit Ansicht auf die Wälzscheibe.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, dreht sich das Exzenter in der Richtung des Pfeiles 1. Während des kleinen Ausschlages, der dem Winkel l'entspricht, führt die Kolbenscheibe 2 einen Hub in der Richtung des Pfeiles 1 aus. Durch die beiden Abdichtungsstellen 3 und 4 wird für den betrachteten Augenblick der Bewegung der Raum zwischen dem Umfang der Scheibe 2 und der Innenbegrenzung des feststehenden Ringes 5 in zwei Teile zerlegt. Die im unteren Raum (also in der Zeichnung unterhalb 3, 4) enthaltene Flüssigkeit wird, während neue Flüssigkeit in dem in der Zeichnung oben gelegenen Raum angesaugt wird, zum Teil verdrängt. Im beschriebenen Beispiel ist der feststehende Ring 5 von nahezu gleicher Dicke, in der Achsrichtung gemessen, wie die angetriebene Scheibe 2. Über und unter den beiden Teilen 2 und 5 (s.
Fig. 1) liegen zwei Scheiben 6 und y, welche die Saug-und Druckschlitze enthalten und die nach der in Fig. 1 gezeigten Art zusammen mit dem Ring 5 zwischen starken Flanschen 8 und 9 des l\1aschinen- gehäuses festgespannt werden. Die sich bewegende Scheibe 2 zeigt eine Anzahl von radial vorspringenden Zähnen 10, deren Form lediglich in Rücksicht auf die weiter unten beschriebenen Abdichtungsnotwendigkeiten entstanden ist. Viele andere Formen der Zähne sind möglich. Die Zähne müssen sich durchaus nicht an der bewegten Scheibe 2 befinden ; sie können ebensogut dem feststehenden Ring 5 oder einem Teil des Gehäuses angehören. Auch andere Lösungen sind denkbar.
Es kommt nach der Erfindung nur darauf an, dass die Umhüllungen der Vorsprünge 10 im Gegenspiel mit den entsprechend ausgebildeten Wänden 11 des Ringes 5 in gewissen Stellungen eine gute Abdichtung gewährleisten.
Während der kleinen Bewegung, in der der Winkel l'durchlaufen wird, müssen die Kanten 3 und 4 der Teile 2 und 5 einander möglichst dicht berühren, damit die zwischen Arbeitsscheibe und Ring eingeschlossene Flüssigkeit nicht zurückfliessen, sondern gegen den Förderdruck durch die in der oberen Scheibe 7 angeordneten (in Fig. 3 dünn ausgezogenen) Druckschlitze 17 gepresst werden kann.
Im betrachteten Augenblick gleitet ausserdem die Zahnkante 12 der Scheibe 2 an der Gegenkante 13 der Ausnehmungen des feststehenden Ringes derart, dass eine gute Führung der Arbeitsseheibe 2 gegeben ist.
Die Flanken 14 und 15 der Zähne dienen bei diesem Beispiel zur Steuerung der En-und Austrittsöffnungen. Aus Fig. 3 geht hervor, dass während der Zeit, in der der kleine Winkel l'durchlaufen wird, die Eintrittskanäle 16 (untere Hälfte der Zeichnung) geschlossen sind, während die Druckschlitze 17 mehr oder weniger offen stehen. In der oberen Hälfte der Zeichnung sind die Eintrittskanäle 16 geöffnet und die Druckschlitze 17 geschlossen. In der unteren Hälfte der Fig. 3 ist somit die Druckperiode, in der oberen die Saugperiode dargestellt.
Wie der Saug-und Druckvorgang wandert auch der Vorgang der Abdichtung bei 3 und 4 sowie der Führung bei 12 und 13 von Zahn zu Zahn weiter. Dabei kann man die Formen der Zähne und der Ausnehmungen so wählen, dass auch benachbarte Zähne bereits an der Abdichtung bzw. Führung teilnehmen.
Der Aufbau der Maschine ist aus Fig. 1 und 2 ersichtlich. 18 ist die verlängerte Welle des (in Fig. 2 gezeichneten) Antriebsmotors, die in den beiden Lagern 19 und 20 geführt ist. Der Axialschub ist in bekannter Weise, z. B. durch ein Längslager, im Motor aufgenommen. Auf der Welle 18 ist das Exzenter 21 aufgekeilt, das unter Zwischenschaltung einer Büchse 22 auf die Arbeitsscheibe 2 wirkt. Die Flüssigkeit tritt von 23 her in den Geheäuseunterteil 24 und von da durch die mit Eintrittschlitzen 16 versehene Scheibe 6 ein. Der Flansch 25 dient zum Befestigen des Motors, der gemäss Fig. 2 fliissigkeits- dicht eingekapselt ist. Die geförderte Flüssigkeit gelangt durch die Druckschlitze 17 der Scheibe 7 in den Gehäuseoberteil 26, der bei 27 einen Anschluss an die Druckleitung zeigt.
Die auf der Welle befestigte Scheibe 28 dient zur dynamischen Auswuchtung der bewegten Maschinenteile, insbesondere des Exzenters.
In Fig. 4 ist eine zweistufige Pumpe dargestellt, deren zwei Arbeitsscheiben 2 und 2'vom selben Exzenter angetrieben werden. Das Exzenter zum Antrieb der zweiten Arbeitsscheibe 2'kann auch versetzt zum ersten Exzenter angeordnet werden.
Der auf die Scheiben ausgeübte Axialdruck, der durch den Unterschied zwischen Einlauf-und Förderdruck entsteht, kann durch Parallelschaltung von zwei Arbeitsscheiben (mit unterem und oberem Einlauf) oder durch ähnliche Massnahmen aufgehoben werden. Bei mehr-oder vielstufigen Maschinen nach der Erfindung kann man zu diesem Zweck verschiedene Gruppen von Stufen bilden, die gegeneinander gerichtete Axialkräfte aufweisen. Diese Gruppen können parallel oder hintereinander geschaltet werden. Es ist auch in einfacher Weise möglich, Vorkehrungen zu treffen, wonach man zwei einfache Arbeitsseheiben nach Belieben parallel oder hintereinander schalten kann, so dass mit dem gleichen Antriebsmotor die doppelte Wassermenge bei einfacher Höhe oder die doppelte Höhe bei einfacher Wassermenge gefördert werden kann.
In den Fig. 5 und 6 ist eine Pumpe dargestellt, bei der zwei Wälzscheiben 40, 41 parallel geschaltet sind. In dem mehrteiligen Gehäuse 30, 31 ist die Welle 32 in den beiden Kugellagern 33 und 34 gelagert.
Die Nut 35 dient zur Aufnahme der Kupplung für den nicht gezeichneten Antriebsmotor. Aus einem
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Stück mit der Welle bestehend sind zwei Exzenter 36 und 37 vorgesehen, die um 1800 zueinander versetzt sind. Sie wirken unter Zwischenschaltung zweier Kugel-oder Rollenlager 38 und 39 auf die Wälzscheiben 40 und 41, die gleichartige, aber um 1800 zueinander versetzte kreisschwingende Bewegungen ausführen. Vier konzentrische Ringe 42, die durch Gummifedern 43 oder in einer sonst bekannten Weise gegen die Wälzscheiben 40 und 41 gedrückt werden, sorgen für die Abdichtung des eigentlichen Pumpenraumes gegen den Raum 44, der durch einen nicht gezeichneten bekannten Ablauf mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
Miteinander verbundene Schalen 45 und 46 schützen die Kugel-oder Rollenlager 38 und 39 gegen Spritzwasser aus dem Pumpenraum. Auf der Welle 32 sitzen zwei exzentrische Massen 47 und 48, die in bekannter Weise die exzentrisch wirkenden Kräfte der beiden Wälzscheiben 40 und 41 ausgleichen.
Die beiden Wälzscheiben gleiten dicht zwischen den vier Gehäusewänden, die durch geeignete Teilung des Gehäuses gebildet werden. In den Hauptteil 30 des Gehäuses wird der Ring 49 mit den Gegenzähnen 50 (Fig. 6) geschoben. Sie bestimmt die Breite für die Wälzscheibe 40. Hierauf legt sich gegen den Ring 49 das Zwischenstück 51, das, von mehreren Kanälen durchzogen, die rechte Seite der Wälzscheibe 40 und die linke Seite der Wälzscheibe 41 begrenzt. Nunmehr folgt als letzter Teil, den man in den Hauptteil 30 des Gehäuses einschieben muss, der zweite Gegenring 52. Dieser wird durch den Deckel 31 des Gehäuses begrenzt, der auch zum Abschluss des Pumpengehäuses dient und in bekannter (nicht dargestellter) Weise mit den übrigen Teilen verbunden wird.
Die Flüssigkeit gelangt in der Richtung des Pfeiles 53 in das Gehäuse. Sie teilt sich dort in drei Arme. Ebenso ist auch die Austrittsflüssigkeit, die in der Richtung des Pfeiles 54 das Gehäuse verlässt, in drei Arme aufgelöst. Der Zweck dieser Teilung ist die zweiseitige Beaufschlagung beider Wälzscheiben mit der Spannung sowohl der Eintritts-als auch der Aust1Ìttsflüssigkeit. Dadurch, dass beide Spannungen zu gleicher Zeit auf beide Seiten beider Wälzkolben wirken, wird die Entstehung einer einseitigen axialen Kraft, wie sie bei den einfachen Ausführungen, z. B. gemäss der Fig. 1, möglich ist, verhindert.
Praktisch wird diese Wirkung dadurch erzielt, dass in den beiden Gehäusewänden, zwischen denen jede der als Kolben wirkenden Wälzscheiben 40 und 41 dicht gleiten, sowohl die von radialen Vorsprüngen des Kolbens gesteuerten Saugschlitze 55 als auch die ebenso gesteuerten Druckschlitze 56 einander genau gegenüberliegen.
Die Teile, die in Fig. 6 dargestellt sind, folgen genau den gleichen Bedingungen, wie sie. in der Beschreibung zu den Fig. 1 und 3 dargelegt wurden. Nur die Zahnformen sind etwas andere. Die Form der Zähne, die Versetzung der beiden Wälzseheiben gegeneinander nicht nur in bezug auf die Exzentrizitäten, sondern auch in der Zahnteilung ermöglichen einen denkbar weit getriebenen Kräfteausgleich und die Gleichmässigkeit der Förderung.
Wie aus Fig. 6 hervorgeht, übernehmen die Wälzscheiben 40 und 41 nicht nur die Steuerung und Verdrängung, sondern auch die Führung, die das ungestörte Durchlaufen des Exzenterkreises für alle Punkte der Wälzscheibe gewährleistet.
In den Fig. 7 und 8 ist ein zweistufiger Verdichter dargestellt, dessen beide Stufen in einer einzigen Wälzscheibe untergebracht sind. Die Lagerung der Welle, der Aufbau und die Lagerung der Wälzscheibe entsprechen dem bei Fig. 5 Gesagten. Die Wirkungsweise ist folgende : Die Luft von atmosphärischer Spannung gelangt in der Richtung des Pfeiles 78 in den Ringraum 79 und von dort bei entsprechender Stellung des Kolbens durch die Saugschlitze 80 in die zugehörigen Arbeitsräume. Die Saugschlitze 80 werden durch die Kante 81 an den im wesentlichen radialen Vorsprüngen des Kolbens 82 gesteuert. Die Form der Zähne 85 dieser Vorsprünge ist so gewählt, dass ein möglichst geringer schädlicher Raum zwischen Kolben-und Gehäusewand entsteht. Dichtung und Führung geschieht durch die Rundzapfen 84, die an Verlängerungen der Zähne 85 sitzen.
Nach beendeter Verdichtung gibt die Steuerkante 86 der Kolbenvorsprünge den Druckschlitz 87 frei. Die verdichtete Luft gelangt in der Richtung des Pfeiles 88 zum (nicht gezeichneten) Zwischenkühler und von dort in der Richtung des Pfeiles 89 zum Hochdruckteil des Verdichters. Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, sind die Kanäle, die von den Steuerkanten 81, 86, 95,96 begrenzt werden, lediglich als Einfräsungen der Wälzscheibe 82 ausgeführt. Die Grösse des Durchmessers des Hochdruekkolbens wird teilweise durch das vorgeschriebene Verdichtungsverhältnis bestimmt. Der Hoehdruckkolben 90 ist mittels der Schrauben 91 fest mit dem Gehäuse 92 verbunden.
Der innere Teil des Niederdruckkolbens 82 ist also sozusagen zum kreisschwingend bewegten Zylinder des feststehenden Hochdruckkolbens 90 geworden.
Die Steuerschlitz für den Hochdruckteil sind mit 93 und 94 bezeichnet. Die zugehörigen Steuer-
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in der Richtung des Pfeiles 97.
Abweichend von der Darstellung in den Fig. 7 und 8 können die Ausströmnuten des Hochdruckteils auf der entgegengesetzten Seite der Wälzscheibe liegen wie die Einströmnuten des Niederdruekteils. Diese Massnahme ermöglicht einen guten Ausgleich der Axialkräfte, die bei der Verdichtung im Niederdruckund Hochdruckteil entstehen.
Die Fig. 9 und 10 zeigen eine Maschine, die ähnlich wie der bekannte hydraulische Widder dazu dient, z. B. die Energie der Strömung eines vorhandenen Wasserlaufes dadurch auszunutzen, dass ein Teil des
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unmittelbar auf dem Umfange der Maschine ab und braucht nicht in die Lagerung geleitet zu werden, die daher vereinfacht werden kann.
In einem bestimmten Augenblick möge die als Kolben wirkende Wälzscheibe 99 relativ zum Gegenring 100 die in Fig. 10 gezeichnete Lage haben. In dieser Lage bestimmen die beiden Dichtungspunkte 101 und 102 die Trennung der Zone des Arbeitsdrucks von den übrigen Zonen. Links der Verbindunglinie 101-102 herrscht der Arbeitsdruck, also der Druck der Arbeitsflüssigkeit dadurch, dass die in der Richtung des Pfeiles 98 eintretende Arbeitsflüssigkeit, die sich im Ringraum 103 verteilt hat, durch die Schlitze 104 in den Arbeitsraum 105 eindringt. Der Kolben erfährt hiedurch eine Drehkraft in der Richtung des Pfeiles 106.
Im betrachteten Zeitpunkte herrscht die grösste Bewegung mit Verdrängung im Raum 107, der daher für die dargestellte Bewegungsphase als Hochdruckraum anzusehen ist. Wie aus Fig. 10 hervorgeht, wird der Kanal 108 in der rechten Gehäusewand (Fig. 19) durch den Steuersehlitz 109 mit dem Hochdruckraum. 107 in Verbindung gebracht, so dass also die Nutz (Hochdruck) flüssigkeit dauernd in den Ringraum 110 und von hier durch den Anschluss 111 zur Verwendungsstelle gefördert wird. Zur gleichen Zeit entweicht aus den Räumen 112 und 113 die Arbeitsflüssigkeit, die ihre Energie an den Wälzkolben abgegeben hat. Wie aus Fig. 10 hervorgeht, ist zu diesem Zweck durch den Steuersehlitz 114 eine Verbindung zwischen den Räumen 112 und 113 einerseits und dem Ringraum IM anderseits hergestellt.
Die verbrauchte Arbeitsflüssigkeit kann also durch den Anschluss 116 ins Freie entweichen.
Eine eigentliche Lagerung des Wälzkolbens 99 ist bei dieser Ausführung nicht nötig, da sich die Energieübertragung innerhalb des starren Wälzkolbens vollzieht. Daher genügt es, die übliche Führung mittels der Zahnköpfe zu unterstützen durch die beiden Rollen 117, die auf dem gemeinsamen Zapfen 118 gelagert sind und den Wälzkolben auf dem Zapfen 119 bzw. auf der Ringbahn 120 abstützen.
Die zuletzt geschilderte Aufteilung der Arbeitsräume an der Wälzseheibe ist nur als Beispiel aufzufassen, und man kann je nach Erfordernis die drei Raumgruppen (Eintritt, Austritt der Hochdruckflüssigkeit, Austritt der Arbeitsflüssigkeit) vertauschen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Maschine mit kreisschwingendem Wälzkolben, der zwischen den Seitenwänden eines Gehäuses dicht gleitet und mit im wesentlichen radialen Vorsprüngen versehen ist, die in entsprechende Ausnehmungen am Gehäuseumfang eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Vorsprünge des Kolbens die jedem von ihnen zugeordneten, in den Seitenwänden des Gehäuses vorgesehenen Öffnungen für den Zu-und Abfluss steuern.