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Kapselmaschine.
Die Erfindung betrifft eine Kapselmaschine mit zusammenwirkenden umlaufenden Scheiben und insbesondere die Übertragungsgetriebe für solche Kapselmaschinen zur Kupplung jeder Scheiben- welle mit einer gemeinsamen Hauptwelle und bezweckt die Schaffung einer Kapselmaschine, die als
Kraftmaschine, beispielsweise als Verbrennungsmaschine, oder zum Betriebe mit Dampf oder andern elastischen Betriebsmitteln geeignet ist und auch als Arbeitsmaschine verwendet werden kann, beispielsweise als Kapselpumpe oder Gebläse, und die einen guten Wirkungsgrad bei verhältnismässig geringer
Grösse und Gewicht aufweist und einfach im Aufbau und kräftig im Bau ist.
Bei den bisher bekannten Kapselmaschinen mit paarweise angeordneten zusammenwirkenden, umlaufenden Kolben in einem ringförmigen Zylinder wurden die nötigen Betätigungen im Laufe jedes wiederkehrenden Spiels durch verwickelte Lenkergetriebe bewirkt, die mannigfache Mängel aufwiesen und zu Störungen führten. Erfindungsgemäss werden Zahnradgetriebe zwischen der Hauptwelle und den mit ihr zusammenwirkenden Scheibenwellen verwendet, so dass ein einfacher und leistungsfähiger Aufbau erzielt wird.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, u. zw. zeigt Fig. J ein Schema der einfachsten erfindungsgemäss ausgeführten Kapselmaschine, Fig. 2 ein Schema der Betriebsweise der Maschine nach Fig. 1, Fig. 3 ein Schema einer abgeänderten Ausführungsform des Zahnradgetriebes nach Massgabe der Erfindung, Fig. 4 und 5 einen Quer- oder Längsschnitt durch eine Verbrennungsmaschine gemäss der Erfindung, Fig. 6-9 Einzelansichten der umlaufenden Scheiben, teilweise im Schnitt, und Fig. 10 einen Querschnitt durch den Zylinder einer Dampfmaschine oder einer Pumpe nach der Erfindung.
Wie Fig. 1 zeigt, sind die zusammenwirkenden umlaufenden Scheiben 2 und 3 auf konzentrischen Wellen 9 und 10 befestigt und laufen dicht schliessend in einem starkwandigen Zylinder 1 um. Die Wellen 9 und 10 sind mit einer gemeinsamen seitlichen oder Hauptwelle 6 mittels eines besonderen Zahnradgetriebes 4,5 und 7, 8 gekuppelt, das gleichartige elliptische und um 90 versetzte Zahnräder umfasst, die eine dauernd wechselnde Winkelgeschwindigkeit erteilen, so dass die Scheiben 2 und 3 miteinander mit dem Verhältnis arbeiten, das durch das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder 4, 5 und 7, 8 gegeben ist.
Bei dieser Anordnung ist das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder 4 und 5 gleich AB : BC und der Zahnräder 7 und 8 gleich EF : DE, so dass das Drehzahlverhältnis der zusammenwirkenden Scheiben 2 und 3 das Produkt der beiden vorgenannten Verhältnisse ist. Diese beiden Scheiben laufen im gleichen Sinne um, aber bewegen sich gegen-und voneinander nach Massgabe des vorstehend gekennzeichneten Verhältnisses ihrer Winkelgeschwindigkeiten. In der Stellung nach Fig. 2, d. h. in dem Falle, wo das Produkt der Drehzahlverhältnisse des Getriebes geringer ist als eins, würden die beiden Scheiben durch einen im Raum 19 zwischen ihnen und der Zylinderwand auftretenden hohen Druck auseinander getrieben, wenn nicht ihre freie Bewegung durch die starre Kupplung verhindert wäre.
Da das Drehmoment der Scheibe 2 auf die Hauptwelle 6 grösser ist als das von der Scheibe 3 auf die gleiche Welle 6 ausgeübte, wird letztere mit einem Drehmoment angetrieben, das dem Unterschied der beiden einzelnen Drehmomente dieser Scheiben entspricht, und im Sinne des Pfeiles, d. h. der Drehung der Scheibe 2. Auch die Scheibe 3 läuft hiebei im gleichen Drehsinn wie Scheibe 2, wenn auch mit geringerer Geschwindigkeit, so dass sich der Raum 19 allmählich vergrössert.
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so ist das von Scheibe J auf die Hauptwelle 6 ausgeübte Drehmoment grösser als dasjenige der Scheibe 2.
Daher wird die Welle 6 von der Scheibe 3 angetrieben werden, der die Scheibe 2 im gleichen Drehsinn folgt. Ist dagegen das Produkt der Übersetzungsverhältnisse gerade gleich eins, so erfährt die Hauptwelle 6 keinen Antrieb, weil sich die Drehmomente der Scheiben 2 und 3 ausgleichen, infolge der Trägheit wird sieh aber die Welle 6 weiterdrehen. Daher wird bei Einführung des Druckes in den Raum 19 und wenn das Produkt der gekennzeichneten Übersetzungsverhältnisse grösser oder kleiner als eins ist die Welle 6 in einem vorbestimmten Sinne mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit angetrieben.
Die im vorstehenden Beispiel angegebenen elliptischen Zahnräder'können durch solche in einer andern Kurvenform ersetzt werden, wie 25 und 28, wobei das Getriebe sich aus einem elliptischen Zahnrad und einem regelmässigen, nicht elliptischen Zahnrad mit drei grossen und drei kleinen Achsen zusammensetzt. Die Zahnräder 25 und 28 sind auf die Welle 6 um 600 gegeneinander verschoben aufgekeilt. In diesem Falle läuft die Welle 6 mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit um und die Scheiben 2 und ; ; im gleichen Sinne mit zyklischer Änderung des jeweiligen Verhältnisses ihrer Winkelgeschwindigkeiten nach Massgabe der Zahnräder 4, 25 und 7, 28.
Demzufolge können die Scheiben 2 und 3 während eines Spieles einander genähert oder voneinander entfernt werden, so dass das Spiel, umfassend Ansaugen, Verdichtung, Dehnung und Auspuff, nach Massgabe der Erläuterung zu Fig. 1 und 2 stattfinden kann. Da eine Umdrehung der Zahnräder 25 und 28 anderthalb Umdrehungen der in sie greifenden elliptischen Zahnräder 4 und 7 bewirkt, wird die Hauptwelle 6 mit einer geringeren Drehzahl von der Maschine 1 angetrieben.
Unter Wahrung des gleichen Grundgedankens kann nicht nur die Verbindung der Zahnradpaar nach Fig. 3 umgekehrt werden, sondern es kann auch die Verbindung der dreiachsigen Kurvenzahnräder 25 und 28 miteinander statt mit elliptischen Zahnrädern vorgesehen werden. In gleicher Weise können andere regelmässige, nicht kreisförmige Zahnräder mit mehr als je drei grossen und kleinen Achsen Verwendung finden. Solche Zahnräder könnten allgemein als "regelmässige Vieleck-Kurven-Zahnräder" bezeichnet werden. Die notwendigen Bedingungen für die Übersetzungsräder zwischen der Hauptwelle und den Scheibenwellen sind folgende :
1. Die Summe der Halbmesser von den beiden Wellenmitten zum jeweiligen Berührungspunkt muss konstant und dem Abstand der Wellenmitten gleich sein.
2. Eine gemeinsame Tangente muss sieh an die zusammenwirkenden Zahnräder in jedem Berührungspunkte legen lassen.
3. Die Welle jedes Zahnrades muss mit der Mitte der geometrischen Figur des Zahnrades konzen-
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4. Die beiden zusammenwirkenden Zahnräder müssen auf der Hauptwelle mit einer Verschiebung der Winkelphase befestigt sein.
Bei Einhaltung dieser Bedingungen können sanft und dauernd wechselnde gegenseitige Winkelgeschwindigkeiten der zusammenwirkenden Scheiben ohne Leergang und plötzliche Änderungen oder Kurvenfehler von der gleichförmig umlaufenden Hauptwelle erteilt werden und umgekehrt.
Fig. 4 und 5 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel einer Verbrennungsmaschine zur Ausführung der zyklischen Vorgänge, wie in bezug auf Fig. 1 und 2 beschrieben. Der Zylinder 1 zeigt eine Zündkerze 14 oder ein Brennstoffventil an einer geeigneten Stelle des Raumes 19, der Auspuff ist mit
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erkennen lassen, hohl ausgebildet, und ein Ende dieser Scheiben ist erweitert, um einen Teil des Endabschlusses und einen Wasserraum 20 bzw. 21 darin zu bilden. Das Kühlwasser tritt in die Scheibe 2 durch eine Bohrung 22 der Welle 9 und tritt durch die Bohrung 23 der Welle 10 aus, nachdem es die Hohlräume der Scheiben durchlaufen hat.
Sobald die verdichtete Beschickung in Raum 19 gezündet worden ist oder die Einspritzung von Treibstoff in die zu geeigneter Zeit in diesem Raum verdichtete Luft stattgefunden hat, treibt der im Raum 19 erzeugte Druck die Scheiben 2 und 3 in der gezeichneten Pfeilrichtung, so dass der Inhalt des Raumes wächst und die Dehnung der Verbrennungsgase gestattet. Wenn die Scheibe 2 sich fast um 180 von ihrer Ausgangsstelle aus gedreht hat, tritt der Raum 19 in Verbindung mit der Auspufföffnung 12. Dann wird das Übersetzungsverhältnis zufolge der elliptischen Zahnräder umgekehrt, wodurch die Geschwindigkeit der Scheibe 2 abnimmt und diejenige der Scheibe 3 wächst, damit sieh der Rauminhalt des Raumes 19 zur Austreibung der Verbrennungsgase vermindert.
Nachdem sieh wieder die Scheiben um 1800 gedreht haben, wird die Verbindung zwischen Auspufföffnung 12 und Raum 19 aufgehoben. Dann nehmen die zusammenwirkenden Scheiben die gleiche, aber entgegengesetzte Stellung wie zu Beginn der Verbrennungsperiode ein und bei Fortsetzung ihrer Drehung tritt der Raum 19 in Verbindung mit der Ansaugöffnung 1. 3. Dann wird wieder der Raum durch die Voreilung der Scheibe 2 zu dem Zwecke erweitert, das Ansaugen zu bewirken, und während der nächsten halben Umdrehung nähert sich ihr wieder die Scheibe 3, um die Verdichtung herbeizuführen, womit ein vollständiges Spiel beendet wird. Das Ansaugen und die Verdichtung kann zwangläufig durch den Druck der Explosion erfolgen, die auf die entgegengesetzte Seite der Scheiben wirkt.
Da sich diese Spiele
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in jedem der Räume zu beiden Seiten eines zusammenwirkenden Scheibenpaars vollziehen, finden vier Verbrennungsvorgänge je Umdrehung der Scheiben statt ; offenbar kann dadurch eine grosse Leistung bei verhältnismässig geringer Grösse und Fassung erzielt werden.
Wird noch eine weitere Scheibe zugefügt, so kann der nach vorstehendem Beispiel bei einer Drehung von 1800 der zusammenwirkenden Scheiben vollendete Vorgang während einer Drehung um 90 stattfinden. Bei einer Verdopplung und sinngemässen Anordnung der Zündkerzen (oder Kraftstoffventile) und der Auspuff-und Ansaugeöffnungen um die Zylinderwand können acht Verbrennungsspiele bei einer Umdrehung der zusammenwirkenden Scheiben erreicht werden. Daher kann das Drehmoment der Kraftmaschine immer gleichförmiger gestaltet werden.
Da nach Fig. 1 und 4 die Hauptwelle 6 ausserhalb der Maschine liegt, kann eine Mehrzylindermaschine sehr leicht durch Anordnung der gewünschten Zahl von Zylindern 1 um die Welle 6 geschaffen werden. Das Verdichtungsverhältnis der Maschine, d. h. das Verhältnis des grössten und kleinsten Inhalts des Raumes 19, ebenso wie das Verhältnis der relativen Winkelgeschwindigkeiten der zusammenwirkenden Scheiben kann nach Belieben durch Wahl der Gestalt, Grösse und Zusammenstellung der Übersetzungszahnräder geändert werden.
Der Grundgedanke der vorstehenden Kapselmaschine kann leicht für eine Dampf-oder Druckluftkraftmaschine durch Anordnung zweier Auspuffoffnungen.,. M und Eintrittsöffnungen 16, 17 in der Zylinderwand nach Fig. 10 und geeignete (nicht dargestellte) Steuerungen Anwendung finden. Wird in diesem Falle die Dampf-oder Luftdehnung nicht ausgenutzt, so ist das betreffende Ventil unnötig.
Bei Antrieb der Welle von aussen durch eine andere Kraft kann die gleiche Maschine als Kapselpumpe oder Gebläse dienen, wie sich ohne weiteres aus Vorstehendem ergibt.
Dient die beschriebene Maschine als Kraftmaschine, so entfallen viele Getriebeteile, wie Kolben, Kurbel, Pleuelstangen und Steuerungen usw., so dass ein sehr einfacher Aufbau gewonnen wird. Die erfindungsgemäss ausgebildete Kapselpumpe bedarf keines Windkessels und kann auf grössere Höhe ansaugen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kapselmaschine, bestehend aus einem Zylinder, mehreren zusammenwirkenden, umlaufenden und dicht in dem Zylinder eingepassten Scheiben, die auf zueinander gleichachsigen Wellen sitzen, aus einer Hauptwelle ausserhalb des genannten Zylinders und aus Zahnrädern zur Verbindung der Hauptwelle mit den umlaufenden Scheiben, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Übersetzungsgetriebe aus derselben Zusammenstellung nicht kreisförmiger Zahnräder besteht, die nachstehenden Bedingungen genügen, u.
zw., dass die Summe der Halbmesser von den beiden Wellenmitten zum jeweiligen Berührungspunkt konstant und dem Abstand der Wellenmitten gleich sind, eine gemeinsame Tangente sich an die zusammenwirkenden Zahnräder in jedem Berührungspunkt legen lässt, die Welle jedes Zahnrades mit der Mitte der geometrischen Figur des Zahnrades konzentrisch ist und die beiden zusammenwirkenden Zahnräder auf der Hauptwelle mit einer Verschiebung der Winkelphase befestigt sind.