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Kapselwerk, insbesondere Gas-und Fliissigkeitsmesser.
Es sind bereits Kapselwerke mit exzentrisch gelagertem Kolben und mehreren drehbaren Flügeln bekannt, welche durch die Wirkung der Fliehkraft an das Gehäuse gedrückt werden und den Arbeitsraum in mehrere Kammern teilen, der durch das Gehäuse und dem Kolben begrenzt wird. Diese Kapselwerke weisen aber insbesondere für die Messung von gasförmigen und flüssigen Mitteln den Nachteil auf, dass die Reibungswiderstände und daher die Spaltverluste, die durch das Gleiten der Flügel an der Gehäusewand hervorgerufen werden, viel zu hoch sind, weshalb sie keine brauchbaren Messergebnisse liefern. Sie laufen auch erst bei verhältnismässig hohem Druckunterschied des zu messenden Mittels vor und nach dem Kolben an und zeigen bis zu einer grossen Messmenge überhaupt keinen Durchgang an.
Es gibt auch Kapselwerke mit zwangsläufig geführten Kolbenflügeln, die ebenfalls hohe Bewegungswiderstände oder grosse Spaltverluste aufweisen und in ihrem Aufbau verwickelt und daher teuer sind und oft an die Genauigkeit bei der Herstellung grosse Anforderungen stellen. Vielfach sind die Kolbenflügelführungen durch ihre hohe Beanspruchung, besonders bei grossen Umlaufszahlen und dort, wo sie nicht kreisförmig sind, grossen Abnutzungen unterworfen. Bei Kapselwerken, die mit einer Hilfsflüssigkeit arbeiten, sind die Spaltverluste zwar geringer, jedoch sind diese Kapselwerke nur bei hohen Umdrehungszahlen verwendbar, weil erst dann der die äusseren Spalten dichtende Flüssigkeitsring durch die Wirkung der Fliehkraft gebildet wird. Sie sind daher für die Messung ungeeignet, da sie bei geringem Durchgang des zu messenden Mittels keine Messergebnisse liefern.
Ausserdem schliesst noch folgender Umstand ihre Verwendung für diesen Zweck aus : Der Arbeitsraum wird durch die Hilfsflüssigkeit begrenzt, daher wäre deren Menge während des Messens immer gleichzuhalten, damit auch der Arbeitsraum seine Grösse nicht verändert. Die in das Kapselwerk eingesetzte Hilfsflüssigkeit verdunstet zum Teil während des
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Hilfsflüssigkeitsmenge nur sehr langsam abnimmt, so treten doch entsprechend der damit verbundenen Vergrösserung des Arbeitsraumes Messfehler auf, die nur durch ständige Wartung oder durch verwickelte Einrichtungen in erträglichen Grenzen gehalten werden können. Schliesslich macht auch die verhältnis-
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mit zwei oder mehreren Drehkolben weisen geringe Bewegungswiderstände auf, weshalb sie vielfach für Messzwecke Verwendung finden.
Ihre Herstellung erfordert jedoch grosse Sorgfalt und Genauigkeit, wodurch sie sehr verteuert wird.
Gegenstand der Erfindung sind nun solche Kapselwerke, deren im Gehäuse exzentrisch gelagerter Kolbenkörper mit drei oder mehreren an ihm angelenkten Kolbenflügeln versehen ist, wobei erfindungsgemäss während des Arbeitens des Kolbens und der Flügel eine im Gehäuse zu ihm gleichachsig gelagerte Trommel mitbewegt wird, die allein oder im Verein mit dem Gehäuse mit dem Kolbenkörper einen sichelförmigen Arbeitsraum bildet, welcher von den Kolbenflügeln in voneinander abgeschlossene Kammern unterteilt wird, wobei die Anordnung und Ausbildung aller beweglichen Teile so getroffen ist, dass sie mit sehr geringem Bewegungswiderstand und Spaltverlust arbeiten und ihre Herstellung tunlichst einfach und billig ist. Durch die Anordnung der Trommel, welche die Flügel aussen und seitlich umfasst, werden die Gleitwege der Flügel (bzw.
Wälzwege, wenn an den Flügelenden Rollen angebracht sind) seitlich und am inneren Umfang der Trommel infolge ihrer Mitbewegung auf ein Mindestmass gebracht, wodurch die für die Erhaltung der Bewegung erforderliche Reibungsarbeit und die Abnutzung der bewegten Teile
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sehr gering wird. Eine weitere Verringerung des Bewegungswiderstandes wird dadurch erreicht, dass das Gleiten der Flügel durch Abwälzen an der Trommel ersetzt wird, indem, wie schon erwähnt, am äusseren Ende der Flügel Rollen angebracht sind, die fast so breit sind wie die Trommel. Die Erfindung betrifft ferner die Anordnung von mehrteiligen Flügeln, deren Teile gelenkig miteinander verbunden sind und die an ihrem äusseren Ende auch mit der Trommel gelenkig verbunden sind.
Demzufolge ist die Trommel mit dem Kolbenkörper durch die Flügel gelenkig verbunden, daher gleiten oder wälzen sieh die Flügel nicht am Innenumfang der Trommel ab, sondern sie führen nur um ihre Gelenke Schwenkbewegungen aus, die der Bewegung des Kolbens samt den Flügeln fast keinen Widerstand entgegensetzen. Die Dichtheit der Gelenke wird erfindungsgemäss durch eine solche Ausbildung erreicht, dass die
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dem in die Arbeitskammern eintretenden Mittel den Durchtritt beträchtlich erschweren.
Durch Ausfüllen mit Fett, Öl oder andern an den Flächen haftenden Mitteln kann aber auch der Durchtritt des Mittels durch die Spalten vollständig verhindert werden, ebenso dadurch, dass die Spalten der Flügel durch einen geschmeidigen und dichten Stoff abgedeckt werden, wodurch bei der Herstellung der Gelenke auf die Spaltbildung und damit auf die Genauigkeit ihrer Ausführung wenig Bedacht zu nehmen ist und ihre Herstellung daher einfach und billig wird. Weiters betrifft die Erfindung die Verbindung der Trommel
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Flügel zur Trommel in jeder Stellung festgelegt ist. Das hat den Vorteil, dass die Kolbenflügel sich an bestimmten Stellen entsprechend ihrem Schwenkbereich auf der Trommel bewegen, weshalb nur diese Stellen durch Bearbeitung genau zylindrisch gestaltet werden müssen.
Bei den Ausführungen mit mehrteiligen Flügeln wird durch diese Verbindung eine Schonung der Gelenke erreicht, weil die Trommel nicht mehr durch die Flügel mitgenommen wird ; der Schwenkbereich der Flügelteile ist hiedureh in jeder Stellung eindeutig bestimmt, was besonders dann erforderlich ist, wenn schädliche Räume durch die Ausbildung des Kolbenkörpers oder der Trommel vermieden werden sollen, wobei der Schwenkbereich der Flügel berücksichtigt werden muss.
Die Erfindung betrifft schliesslich noch eine rohrförmige Ausführung des Kolbenkörpers, in dem die Ein-und Auslassöffnungen für die Arbeitskammern vorgesehen sind und der sich auf einem zylindrischen die Ein-und Ausströmkanäle enthaltenden Gehäuseteil nach Art eines Drehschiebers bewegt, welcher Gehäuseteil von einer oder beiden Seiten durch den Kolbenkörper geführt wird, wodurch dieser Gehäuseteil auch zur Lagerung des Kolbenkörpers dient und das Kapselwerk eine sehr gedrängte Form erhält.
In der Zeichnung sind beispielsweise einige Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes, u. zw. Mengenmesser, schematisch dargestellt. Der Einfachheit wegen sind in allen Ausführungsbeispielen dreiflügelige Kolben gewählt. Fig. 1 und 2 zeigen im Längs-und Querschnitt ein Kapselwerk mit einteiligen Kolbenflügeln, an deren äusseren Enden Rollen angeordnet sind.
Fig. 3 und 4 zeigen im Querschnitt nach der Linie A-B der Fig. 4 und im Längsschnitt nach der Linie C-D der Fig. 3 ein Kapselwerk mit zweiteiligen Kolbenflügeln und zentralen Ein-und Ausgangskanälen. Fig. 5 und 6 zeigen im Querschnitt nach der Linie G-H der Fig. 6 und im Längsschnitt nach der Linie E-F der Fig. 5 ein Kapselwerk mit dreiteiligen Kolbenflügeln, dessen Trommel mit dem Kolbenkörper durch Gleitführungen in ihren Schildern und durch am Kolbenkörper befestigte Gleitsteine verbunden ist. Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch einen zweiteiligen Flügel, dessen Spalte durch Öl gedichtet sind.
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begrenzt, für den Anschluss der Rohrleitungen für das zu messende Mittel ein Eingangsstutzen 2 und ein Ausgangsstutzen 3 vorgesehen.
Seitlich ist das Gehäuse durch die Deekel 4 und 6 geschlossen. Im Gehäuse 1 befindet sich gleichachsig zu ihm eine Trommel 26 mit Öffnungen 80 an ihrem Umfang für den Durchtritt des zu messenden Mittels. Sie läuft auf Kugellagern 27, deren Aussenringe in den Deckeln 4 und 5 sitzen und deren Innenringe auf den Seitenschildern 28 und 29 der Trommel aufgezogen sind.
Zwischen diesen Schildern, u. zw. passend, befindet sich der Kolbenkörper 9, der mit der im Gehäuse
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dem Kolben und den um die Achsen 11 drehbaren Flügeln möglichst gering ist. Die Flügel können auch durch Federn in pfannenartige Ausnehmungen des Kolbens gedrückt werden, wodurch sie sich ohne Spiel in diesen Ausnehmungen bei der Bewegung abwälzen. Am Ende jedes Flügels 10 befindet sich eine Rolle 12, die am Flügel drehbar gelagert ist und fast so breit ist wie der Flügel. Das Spiel zwischen Flügel und Rolle ist sehr gering gehalten, um Spaltverluste zu vermeiden.
Der durch das Gehäuse 1 und den Kolben 9 gebildete sichelförmige Messraum wird seitlich durch die Schilder 28 und 29 begrenzt und durch die Flügel 10 und Rollen 12 in gegenseitig dichte Kammern a, b, c geteilt, die bei der Bewegung des Kolbens, der Flügel, der Rollen und der Trommel mit ihren Seitenschildern ihre Grösse ständig ändern,
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Achse 6 ist mittels einer Stopfbüchse durch den Gehäusedeckel5 geführt. Auf dem Ende 16 der Achse sitzt ein Zahnrad 31, das durch weitere Zahnräder oder andere Übertragungsmittel mit dem Zählwerk im Gehäuse 25 verbunden ist.
Beim Messen von gasförmigen Mitteln wird zweckmässig in das Gehäuse reichlich zähflüssiges Öl eingesetzt, das während der Bewegung den Kolben und die andern Teile über-
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zieht und die vorhandenen engen Spalten ausfüllt und dichtet. Die Kolbenflügel 10 werden durch ein elastisches Mittel, z. B. Schraubenfedern, die auf die Achsen 11 aufgeschoben sind und deren eines Ende am Kolbenkörper 9 befestigt ist, ständig an die Trommelwand gedrückt. Das erwähnte elastische Mittel hat nur die Aufgabe, bei Stillstand des Messers die in der oberen Lage befindlichen Flügel an die Trommel- j wand zu drücken und dadurch ein selbsttätiges Anlaufen des Kolbens zu ermöglichen.
Bei mittleren und hohen Umdrehungszahlen des Kolbens würde die Fliehkraftwirkung allein ein Anpressen und Abrollen der Flügel an der Trommelwand verbürgen. Das beschriebene Kapselwerk zeichnet sich besonders durch seinen leichten Gang aus. Durch die Anordnung der Rollen wird der Bewegungswiderstand beträchtlich herabgesetzt. Die Rollen legen auf der inneren Trommelwand nur kurze Wälzwege zurück, da sie bei ) der Bewegung die Trommel mitbewegen, wodurch ihre Umdrehungszahlen auch bei rascher Bewegung des Kolbens nicht hoch sind. Auch die seitlichen Gleitwege der Flügel an den Seitenschildern der Trommel sind wegen deren Mitbewegung gering. Die Spaltverluste bleiben demnach dauernd sehr gering. Soll das Kapselwerk als Arbeitsmaschine (Gebläse, Verdichter, Pumpe usw. ) Verwendung finden, so wird es von der Achse 6 aus angetrieben.
Das zu fördernde Mittel wird durch den Stutzen 2 angesaugt und durch j den stutzen 3 in die Förderleitung gedrückt. Bei der Verwendung des Kapselwerkes als Kraftmaschine wird die erzeugte Kraft von der Achse 6 abgenommen.
Die Trommel 26 kann bei diesem Kapselwerk auch zwangsläufig durch Anlenken eines Kolben- flügels an ihr mitbewegt werden. An der Trommel ist dann ein ähnliches Gelenk angebracht wie am Kolben- körper 9, das entsprechend der Exzentrizität des Kolbens ein freies Ausschwingen des an ihr befestigten Flügels gestattet. Durch diese zwangsläufige Verbindung des Kolbens mit der Trommel wälzen sich die andern Flügel an bestimmten Stellen der Trommelinnenwand ab, weshalb nur diese Stellen bei der Her- stellung bearbeitet werden müssen.
Bei grossen Kapselwerken, insbesondere bei schweren Ausführungen, nehmen die auf die Flügel wirkenden Fliehkräfte bei hohen Drehzahlen grosse Werte an, wodurch die Rollen der Flügel hohen Drücken ausgesetzt werden. Durch Anordnung von Gegengewichten auf den über ihre Drehpunkte hinaus ver- längerten Flügeln kann dieser Druck auf die Rolle verringert oder gänzlich aufgehoben werden. Die
Ein-und Ausströmstutzen können auch an einer oder beiden Seitenwänden des Gehäuses angeordnet werden. In diesem Falle sind in den Trommelseitensehildern Öffnungen für das ein-und austretende
Mittel vorgesehen.
Der Vorteil der seitlichen oder auch zentralen Anordnung der Ein-und Ausström- kanäle liegt darin, dass die Trommel nicht passend im Gehäuse laufen muss, wodurch die Bearbeitung der zylindrischen Gehäuseinnenwand und der äusseren Fläche des Trommelumfangs wegfällt. Zwischen dem Gehäuse und der Trommel kann demnach ein beliebig grosser Spalt sein. Ein Abschleudern des in das Kapselwerk für die Schmierung und die Dichtung der Spalten des Kolbens, der Flügel und der Trommel eingesetzten Öles in den Ein-oder Ausströmstutzen ist dabei nicht möglich.
Es können auch, wie Fig. 3 und 4 zeigen, alle Kolbenflügel an der mitlaufenden Trommel gelenkig befestigt werden. Ausser den Gelenken an den Enden der Flügel am Kolbenkörper und an der Trommel muss aber hiebei noch mindestens ein weiteres Gelenk, z. B. in der Flügelmitte, vorgesehen sein. Die zwangs- läufig mitbewegte Trommel 50 ist mit dem Kolbenkörper 51 durch zweiteilige mit Gelenken versehene
Kolbenflügel 52, 63 verbunden.
Das Mittel strömt durch das Rohr 54 in den durch die Gehäusebleeh-
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des Mittelstückes frei und das M. titel in der Kammer m kann durch ihn (in Fig. 4 durch strichlierte Pfeile angedeutet) in den Raum e entweichen, von wo es durch die seitliche Öffnung f in den zweiten, durch die Teile 55, 56 und die Wand 57 abgeschlossenen Raum und schliesslich in das Ausgangsrohr 61 gelangt.
Derselbe Vorgang spielt sich auch in den Kammern n und o ab, entsprechend ihren Stellungen zu den Ein- und Ausströmschlitzen bl und , so dass bei einer Umdrehung des Kolbens jede Kammer einmal gefüllt und entleert wird. Die Bewegung wird von dem auf den Kolbenkörper 51 festsitzenden Zahnkranz 64 über das Zahnrad 66 und das Kegelräderpaar 66,67 auf das Zählwerk 68 übertragen, das gegen unbefugte Eingriffe durch ein Gehäuse 69 geschützt ist.
Die mit dem Kolben sich mitdrehende Trommel kann sich infolge der gelenkig verbundenen Kolbenflügelteile gegenüber dem Kolbenkörper etwas verdrehen. Für den Arbeitsvorgang ist dies belanglos, da hiedurch der sichelförmige Arbeitsraum nicht verändert wird. Die Trommel sucht sich jene Lage, in der sie den geringsten Bewegungswiderstand vorfindet. Wenn auf den Kolben stark beschleunigende oder verzögernde Kräfte einwirken, wie z. B. bei grossen Druckschwankungen in den Rohrleitungen,
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sprunghaften Leistungsänderungen in kurzen Zeitabständen usw., ist es vorteilhaft, die geringe Bewegungsfreiheit der Trommel zu unterbinden, damit Stösse verhütet werden, die insbesondere die Gelenke der Flügel wesentlich beanspruchen wurden.
Die kuiehebe1artigen Flügel haben nämlich zwei Strecklage,
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j der Drehung des Kolbens zieht der jeweils sich in der Strecklage befindliche Flügel die Trommel mit.
Wird nun z. B. die Bewegung der Antriebsachse aus irgendeinem Grunde langsamer, so bewegt sieh die Trommel zufolge ihrer Massenwirkung mit der ursprünglichen Geschwindigkeit bis zur andern Streck- lage des Flügels weiter und dann wird sie plötzlich von dem Flügel zurückgehalten. Zur Vermeidung derartiger Stösse und der damit verbundenen Geräusche und unerwünscht hohen Beanspruchungen der ) Flügelgelenke ist es vorteilhaft, die Trommel mit dem Kolbenkörper zu verbinden, so dass ihre Lage zum
Kolben in jeder Stellung gesichert ist (vgl. Fig. 5 und 6). Hiedurch sind auch die Schwenklagen der Flügel in jeder Stellung des Kolbens festgelegt und die Flügel von der Mitbewegung der Trommel entlastet.
Nach Fig. 5 und 6 befinden sich in den Seitenschildern 80 der Trommel 50 Nuten 81, die, wie dar-
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Kolbenkörpers 51 befestigten Steine 83 gleiten und die zwangsläufige Mitnahme der Trommel bewirken.
Die Form der Gleitführungen bestimmt die Schwenklagen der Flügelteile 84, o, ? eindeutig bei der
Umdrehung des Kolbens. Die Flügel sind hier dreiteilig.
Die Spalten zwischen dem Kolben, den Flügelteilen und der Trommel sind möglichst klein und ihre Grundflächen dagegen möglichst gross ausgebildet, damit sie dem in die Arbeitskammern eintretenden Mittel den Durchtritt beträchtlich erschweren. Durch Ausfüllen der Spalte mit einem an den grossen Flächen haftenden Mittel, wie z. B. Fett, Öl u. dgl., wird eine vollkommene Dichtheit erreicht. Bei hohen Druekunterschieden der nebeneinanderliegenden Arbeitskammern ist es von Vorteil, das dichtende Mittel den Spalten unter Druck zuzuführen, wie es Fig. 7 zeigt. Hier ist ein zweiteiliger Flügel 84, 86 sowohl am Kolbenkörper 51 als auch an der Trommel 50 gelenkig befestigt.
Die Ausbildung dieser einzelnen Teile bei den Gelenken ist derart, dass die Spalten eine möglichst grosse Fläche haben, um ein Herausdrücken des dichtenden Mittels zu verhindern. Die Flügelteile 84 und 86 sind um die Achsen 87 schwenkbar und mit Bohrungen 94, 95 und 90, 91 versehen, die den Durchtritt des dichtenden Mittels ermöglichen. Im Kolbenkörper 51 und der Trommel 50 befinden sich hiefür Bohrungen 88 und 97. Zur Verteilung des dichtenden Mittels in den Spalten sind an ihren Flächen Nuten 89, 92 und 96 vorgesehen.
Dem geschlossenen Innenraum des Kolbenkörpers 51 wird z. B. Öl zugeführt, das durch die Fliehkraft an seinen Umfang geschleudert wird. Durch die Bohrung 88 gelangt das Öl zum Flügelgelenk des Kolbens 51, verteilt sich in seinem Spalt durch die Nuten 89 und gelangt ferner durch die Bohrung 90 des Flügelteils 86 zur Achse 87, die eine Eindrehung 98 bei dieser Bohrung für den Durchtritt des Öles zur Bohrung 91 aufweist. Von hier tritt das Öl in den Spalt des Gelenkes der Flügelteile 84, 86 und ver-
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die Trommel und dichtet den Spalt zwischen Trommel und Gehäuse. Die Fliehkraft bewirkt die Förderung des Öles durch die Kanäle zu den Spalten unter Druck, welcher bei steigender Drehzahl des Kolbens zunimmt.
Bei Verwendung eines konsistenten Fettes, das die Spalten auch bei hohen Druckunterschieden zu beiden Seiten derselben gut dichtet, vermag die Fliehkraft allein das Fett nicht durch die Kanäle zu drücken, so dass dann hier eine Fettpresse verwendet werden muss. Der Vorteil der beschriebenen Ausführung besteht noch darin, dass die Dichtung und Schmierung des Kolbens, der Flügel und der Trommel vereinigt ist.
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lässigen Stoff überdeckt, indem über jeden Spalt ein entsprechend breiter Streifen an zwei Flügelteilen bzw. am Flügel und Kolbenkörper oder am Flügel und der Trommel dicht über die ganze Breite des Kolbens, der Flügel und der Trommel befestigt wird.
Hiebei wird dem Schwenkbereich der Flügel Rech-
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kammern bei Stillstand und während der Bewegung und die billige Ausführung der Flügel, des Kolbenkörpers und der Trommel, da bei der Herstellung auf die möglichst enge Spaltenbildung keine Rücksicht- nahme notwendig ist. Die Spalten können vielmehr unter Umständen sehr breit sein, um ein Klemmen des dichtenden Stoffes zu vermeiden. Ferner können auch die Streifen des biegsamen und dichten Stoffes z. B. am Rande des Kolbenflügels entlang des Spaltes dicht befestigt werden und beim Spalt lappenförmig endigen, wodurch bei Überdruck in der Arbeitskammer die Lappen des Stoffes an die Trommelwand gedrückt werden und den Spalt dichten.
Wenn schädliche Räume vermieden werden sollen, wie z. B. bei Verdichtern, wird der Kolben-
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vollständig entleerte Kammer c hat in ihrer tiefsten Lage fast keinen schädlichen Raum. Ferner wird bei den Kapselwerken, die mit hohem Druekunterschied zwischen Ein-und Ausgangsseite arbeiten, eine grössere Kammernanzahl gewählt, um die Druckunterschiede in den nebeneinanderliegenden Kammern klein zu halten, wodurch ihre Abdichtung einfacher und besser ausgeführt werden kann. Bei Verdichtern wird die Verbindung jeder Kammer mit dem Gasausgang erst dann hergestellt, bis ihr Inhalt sich so
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verkleinert hat, dass das Gas die Kammer mit dem gewünschten Druck verlässt, was durch eine entsprechend Weite der Ausströmöffnung erreicht wird.
Bei den Kapselwerken, die als Gebläse, Verdichter, Pumpe usw. wirken sollen, wird zweckmässig der Eingang für das M ttel zentral und der Ausgang am Umfang des Gehäuses angeordnet. Dadurch tritt zu der Saugwirkung der Arbeitskammern noch die Saugwirkung des durch die Fliehkraft nach aussen geschleuderten Mittels hinzu. Es werden daher die Vorteile der Verdrängungs-mit denen der Schleuderpumpen oder Gebläse vereinigt. Der volumetrische Wirkungsgrad dieser Gebläse und Verdichter wird durch die zusätzliche Schleuderwirkung sehr hoch.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kapselwerk, insbesondere Gas- oder Flüssigkeitsmesser, mit einem in einem zylindrischen Gehäuse exzentrisch gelagerten Kolbenkörper und drei oder mehreren mit ihm gelenkig verbundenen Flügeln, gekennzeichnet durch eine gleichachsig zum Gehäuse (1, 4, 5 bzw. 55, 60) verlaufende, an dessen Innenseite liegende und die Flügel (10 bzw. 52, z bzw. dz 85, 86) umfassende Trommel (26, 28, 29 bzw. 50 bzw. 50, 80), welche bei der Bewegung des Kolbens (9 bzw. 51) und der Flügel mitbewegt wird (Fig. 1, 2 bzw. 3,4 bzw. 5,6).