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Drehkolbemmasehine.
Gegenstand der Erfindung ist eine Drehkolbenmaschine mit einem in einem Gehäuse mit hohl- kugelförmiger Umfangswand umlaufenden Scheibenkolben, der zwei zueinander geneigte Wellen mit Hilfe zu diesen senkrecht stehenden Zapfen bzw. Achsen derart zu einem Kreuzgelenk verbindet, dass er gegenüber den Seitenwänden des Gehäuses Hubbewegungen ausführt. Die Wellen der Kreuzgelenkzapfen sind dabei in den Seitenwänden des Gehäuses gelagert.
Die Maschine eignet sich als Kraftmaschine, Pumpe, Gebläse oder Kompressor, als Gas-oder Flüssigkeitsmesser, und soll hier beispielsweise als Gebläse für Luftförderung beschrieben werden. Dieses Gebläse eignet sich infolge seiner Wirkungsweise insbesondere auch zum Spülen und Aufladen von Brennkraftmaschinen.
Da nicht nur die Kreuzgelenkzapfen selbst, sondern auch jeder andere Durchmesser der Scheibe nur in einer bestimmten, im Raume festliegenden Ebene, d. h. auch um eine festliegende Drehachse sich bewegen, so treten an dem Scheibenkolben keine grösseren freien Massenkräfte auf.
Diese Maschine kann daher mit sehr hohen Drehzahlen umlaufen.
Eine Rotationsmasehine dieser Art soll folgend als Gebläse für Luftförderung an Hand der Fig. 1-7 beschrieben werden.
Es zeigen : Fig. l einen Längsschnitt durch ein Gebläse mit parallelen Gehäuseseitenwandungen, Fig. 2 Steueröffnungen des Gebläses in dem gleichen Längsschnitt des Gebläses wie Fig. 1, schematisch dargestellt, Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Gebläse mit zueinander geneigten Gehäuseseitenwandungen, Fig. 4 einen Querschnitt längs A-A zu Fig. 3, Fig. 5 Steueröffnungen des Gehäuses in dem gleichen Längsschnitt wie Fig. 3, schematisch dargestellt, Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein Gebläse nach Fig. 1 mit einer durchgehenden Welle und einer hohlen Welle, wobei der Kolben gegenüber der Stellung nach Fig. 1 um 900 versetzt ist. Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein Gebläse nach Fig. 3, gleich-
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Die Zapfen a2 und b2 sind durch den Scheibenkolben, der aus den beiden miteinander versehraubten Hälften Cl und C2 besteht, nach Art eines Cardangelenks miteinander verbunden.
Bei Antrieb der Scheibe durch eine der beiden Wellen a oder b führen die Seitenflächen C4 des Seheibenkolbens bei ihrer Umlaufbewegung gleichzeitig Hubbewegungen gegenüber den Seitenwänden i4 und e des Gehäuses aus. Die Seitenflächen des Scheibenkolbens können entweder eben oder nach bestimmten Gesichtspunkten geformt, z. B. gegen die sie verbindende Zylindermantelfläche abgesetzt oder nach innen gewölbt sein. Die gezeichnete Lage des Seheibenkolbens entspricht einer Totpunktstellung, wobei beispielsweise links unten der Hubraum f5 ein Maximum und links oben der Hubraum ein Minimum darstellt.
Vorteilhaft wird ein kleiner toter Raum f3 zugelassen, der Fremdkörper aufnehmen und Ungenauigkeiten der Herstellung ausgleichen kann.
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Der Scheibenkolben läuft innerhalb der Umfangswand da und ex, welche die Form einer Hohlkugel hat, dichtend um ; er ist an seinem Umfang ebenfalls kugelig ausgebildet.
Der Scheibenkolben schwenkt bei seiner Umlaufbewegung um die Gelenkzapfen a2. Dabei entstehen auf jeder Scheibenseite zwei Hubräume, die sich abwechselnd in entgegengesetztem Sinne vergrössern und verkleinern. Die Hubräume jeder Seite werden durch die gestrichelt eingezeichneten Zylinderflächen C6 in Richtung der Zapfen U2 getrennt, die zugleich die Achse dieses Zylinders bilden. Dieser zylindrische Wandungsteil C6 zwischen den beiden Seitenflächen e4 läuft stets in enger Berührung an der Seitenwand entlang, wobei seine Führung durch die Zapfen U2 und deren Welle a erfolgt, die senk-
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hervorgerufen.
Die linke Kolbenseite oben arbeitet in gleichem Sinne wie die rechte Kolbenseite unten und umgekehrt. Man kann daher die je miteinander arbeitenden Hubräume durch Kanäle in der Scheibe zum Druckausgleich miteinander verbinden.
Da sich die kugelige Umfangswand des Scheibenkolbens zwischen den durchgehenden, einen Winkel miteinander bildenden Seitenflächen C4 erstreckt, wechselt ihre Breite. Durch diese ungleiche
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und Auslass im Gehäuseumfang < , Cl (Fig. 1) steuern.
Fig. 2 zeigt zur Erklärung dieser Steuerung in schematischer Art den gleichen Längsschnitt des
Gehäuses wie Fig. 1, wobei der Scheibenkolben in Totpunktstellung gestrichelt eingezeichnet ist. Hiebei ist zizi die linke Gehäuseseitenwand und e, die rechte Umfangswand. a ist die eine und b die andere Welle. il9 ist bei dem durch Pfeil angegebenen Drehsinn des Gebläses eine Einlassöffnung. C9 ist eine entsprechende Auslassöffnung in der rechten Umfangswand e7 für die Arbeitsräume auf der rechten
Scheibenseite. In der gezeichneten Totpunktstellung sind alle Steuerkanäle durch die Breite der Scheiben- umfangswand verdeckt.
Durch diese getrennte Steuerung der beiden Scheibenseiten ist somit getrennter Betrieb in bezug auf Art, Druck, Menge und Verwendungszweck des Fördermittels möglich.
Bei hohen Drücken kann der Auslass auch durch einen besonderen, mit der Welle umlaufenden Drehsehieber gesteuert werden ; in Fig. 1 ist auf der linken Seite ein solcher Drehsehieber < : g dargestellt.
Für seine Schwenkbewegung um die Zapfen U2 benötigt der Scheibenkolben für die eindringende Welle a eine Aussparung Ca, die beispielsweise durch den kugelförmigen Wellenbund al derart abgedeckt wird, dass Druck- und Saugräume nicht miteinander in Verbindung kommen.
Auf der rechten Seite, wo die Welle b schräg in die Seitenwand eintritt, ist seitlich an der Scheibe ein Kugelabschnitt C5 angebracht, der sich in einer Aussparung der Seitenwand e dicht bewegt. Ein solcher Kugelabschnitt kann natürlich auch auf der linken Seite der Scheibe angebracht werden, sofern nicht der Auslass durch einen Drehschieber gesteuert wird.
Im Gegensatz zu der Drehkolbenmaschine nach Fig. l, die ähnlich wie eine einzylindriscl1e, doppeltwirkende Kolbenpumpe fördert, erzielt die Ausführung nach Fig. 3 und 4 eine vollkommen gleichförmige Förderung. Zu diesem Zwecke sind die Arbeitshübe der einen Scheibenseite gegenüber jenen der anderen Seite um 900 versetzt, so dass beide zusammen eine vollständig gleichmässige Förderung ergeben. Dies wird dadurch erreicht, dass die Trennung der Druck-und Saugräume durch den Scheibenkolben auf der einen Seite längs des einen Cardanzapfens, auf der anderen Seite längs des anderen Zapfens erfolgt.
Die Arbeitsweise auf jeder Seite der Scheibe ist dieselbe wie bei Fig. 1.
In Fig. 3 ist a die eine Schrägwelle mit Kreuzgelenkzapfen a2, b die andere Sehrägwelle mit Kreuzgelenkzapfen b2. 1 ; ist die linke, C2 die rechte Scheibenhälfte. Die linke Scheibenhälfte dichtet der ebenen
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Gehäuseseitenwand e.
Die beiden Seitenwände des Gehäuses sind nicht parallel wie in Fig. 1, sondern zueinander geneigt.
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auf. Freie Axialkräfte sind während der Hubbewegung der Scheibe nicht vorhanden, Axialkräfte können nur kurze Zeit in jeder Scheibenseite auftreten, wenn die Druckhübe in die Saughübe übergehen. Diese Axialkräfte können durch Spurlager der Wellen aufgenommen werden.
Ein-und Auslass werden ebenfalls durch die Hub-und Umlaufbewegung und durch die ungleich breite Umfangswand der Scheibe an der Gehäuseumfangswand gesteuert.
Werden, wie bei Fig. 3 und 4, aussen an den Zapfen a2 t2 und b2 Aussparungen in der Kolbenscheibe el, angebracht, so wirken diese wie eine zusätzliche Drehschiebersteuerung. Es wird dadurch vermieden, dass nach Abschluss der Auslassschlitze im Totraum eine Drucksteigerung eintreten kann. Zum gleichen Zwecke können auch Aussparungen an den Seitenwänden des Gehäuses angebracht werden, die von dem zylindrischen Teil der Scheibe geöffnet und geschlossen werden.
Fig. 5 zeigt die Steueröffnungen in dem gleichen, jedoch schematischen Längsschnitt des Gebläses wie Fig. 3. Die Stellung des Kolbens ist hiebei durch die gestrichelte Linie angedeutet. Die Steuer-
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bei der Ausführung nach Fig. 1 die Einlass- und Auslasskanäle je getrennt sind, fallen bei der Ausführung nach Fig. 3-5 je die beiden Einlass- und Auslassöffnungen für beide Seheibenseiten zu je einer einzigen Einlass-und Auslassöffnung zusammen.
Die Einlass- und Auslasskanäle werden vorteilhaft tangential an dem Gehäuse angebracht, um einen guten Strömungsverlauf zu erzielen.
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In Fig. 6 und 7 werden weitere Ausführungsmöglichkeiten, insbesondere der Lagerung der Wellen und der Führung der Scheibe gezeigt.
Aus den Fig. 1, 3 und 4 ist ersichtlich, dass der Scheibenkolben sich auch dann zwischen den Gehäusewandungen führen würde, wenn eine der beiden Schrägwellen nicht vorhanden wäre. An Stelle der fehlenden Welle kann die Scheibe durch die Seitenwände des Gehäuses selbst oder durch dort angebrachte Führungslager geführt werden. Die noch vorhandene Schrägwelle kann als Antriebswelle nur auf einer Seite der Scheibe, d. h. in einer Gehäuseseitenwand, gelagert oder auch durchgehend in beiden
Seitenwandungen des Gehäuses gelagert sein. Zur Zentrierung des Scheibenkolbens werden in diesem Falle zweckmässig an den Cardanzapfen Spurlager angebracht.
Eine weitere Möglichkeit einer Ausführung der Kolbenscheibe ergibt sich dann, wenn die eine Schrägwelle als Hohlwelle ausgebildet und von der anderen Schrägwelle axial und von deren Gelenkzapfen radial durchdrungen wird.
Fig. 6 zeigt ein Gebläse mit solchen Wellen und einer Arbeitsweise nach Fig. 1. Die Scheibe ist gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Stellung um 900 gedreht und längs der Zapfen i3 geschnitten. Die durchgehende Welle ba-b, ist beiderseitig in Lagerschildern k im Gehäuse gelagert. Sie besitzt den Cardan-
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ist. Die Hohlwelle i ist nach der Kugelform i4 ausgebildet, um gegenseitige Bewegung zwischen der Hohlwelle und der Scheibe um die Zapfen i3 zu ermöglichen und die Welle abzudichten. Auf der linken
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haube u seitlich an der Scheibe gegenseitig dauernd abgedichtet.
An Stelle der bei den bisher gezeigten Ausführungsbeispielen verwendeten Gleitlager können auch Wälzlager verwendet werden. Zur besseren Abdichtung können auch seitlich an der Scheibe Abdichtungsleisten und an ihrem Umfang federnde Ringe angebracht werden. Die Scheibe kann auch aus zwei Ringzonenstücken bestehen, u. zw. aus einem inneren Nabenstück aus Baustoff hoher Festigkeit zur Aufnahme der Krenzgelenkzapfen und Führungen, und aus einem möglichst leicht ausgeführten äusseren Ringstück. Die Schmierung erfolgt zweekmässigerweise durch Bohrungen von der Welle aus, wobei auch eine Umlaufschmierung verwendet werden kann, indem das Öl durch an der Welle mitlaufende Ringe wieder aufgefangen wird.
Bei Kupplung des Gebläses mit einer anderen Maschine kann die Welle dieser Maschine zugleich als Schrägwelle der Drehkolbenmaschine dienen, wobei die Welle dieser Maschine und deren Lager zugleich die Kraftmomente der Cardanseheibe aufnehmen.
Bei Antrieb des Gebläses mittels eines Übersetzungsgetriebes, beispielsweise Zahnrad oder Kette, kann mit Vorteil die zum Antrieb dienende Welle in zwei getrennten Lagern gelagert werden, zwischen denen das Antriebsrad sitzt.
Das Gebläse ergibt einen hohen Wirkungsgrad. Es besitzt grosse Einlass-und Auslassquerschnitte.
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Scheibe und ihre wirksamen Arbeitsflächen, die dem Druck-oder Fördermittel ausgesetzt sind, benötigen keine Schmierung und weisen keine Reibung oder Abnützung auf. Sämtliche Kräfte werden durch Zapfen und Lager aufgenommen. Da der Scheibenkolben vier Hubräume bildet, baut sich das Gebläse verhältnismässig klein und billig.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Drehkolbenmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ein kreisförmiger Scheibenkolben zwei zueinander geneigten Welle mit Hilfe zu diesen senkrecht stehender Zapfen bzw. Achsen zu einem Kreuzgelenk verbindet und mit diesen Zapfen bzw. Achsen in einem feststehenden Gehäuse mit hohlkugelförmiger Umfangswand umläuft, wobei er gegenüber den Seitenwänden des Gehäuses Hubbewegungen ausführt.