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Drehkolbenmasehine.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenmaschine, die als Pumpe, Gebläse, Kompressor oder Motor verwendbar ist, bei der zwei oder mehrere Kolben gleitend zwischen der inneren Gehäuseumfangswandung und dem Umfang eines zentrisch im Gehäuse und exzentrisch zur Antriebswelle liegenden Führungszylinders geführt werden und besteht im wesentlichen darin, dass die Kolben mit seitlichen mit der Antriebswelle verbundenen Platten, bezüglich der Kolbenradialbewegung in rollendem Kontakt stehen.
Bei Drehkolbenmaschinen mit einer gleitenden Führung der Kolben zwischen der inneren Gehäuseumfangswandung und einem zentrisch im Gehäuse und exzentrisch zur Antriebswelle liegenden Führungszylinder müssen die Kolben auf der Saugseite beschleunigt und auf der Druckseite vergrössert werden.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Antriebswelle exzentrisch im Gehäuse liegt. Diese Exzentrizität bedingt aber zusätzlich, dass die Kolben bezüglich der Welle eine radiale Bewegung ausführen. Um beide Bewegungen, Beschleunigung und Verzögerung einerseits und radiale Bewegung der Kolben anderseits, zu ermöglichen, wurden bisher seitliche mit der Welle verbundene Mitnehmerplatten vorgesehen, die zwangsläufig durch Bolzen mit dem Kolben verbunden waren, wobei die Bolzen exzentrisch in einem kurzen Zylinderstück angeordnet waren, die ihrerseits in entsprechende Aussparungen der seitlichen Mitnehmerplatten eingriffen, oder es greifen die in den Kolben angeordneten Bolzen durch je zwei seitliche Platten, die ihrerseits wieder exzentrisch zueinander lagen, von denen die eine mit Radialschlitzen und die andere mit tangentialen kreisförmigen Schlitzen versehen war.
Es hat sich nun gezeigt, da die auf jede Kolbenseite aufzunehmenden Kräfte den halben, auf die Förderfläche wirkenden Druckkräften entsprachen, dass ganz erhebliche grosse Führungsflächen für die Bolzen in den Schlitzen der seitlichen Mitnehmerplatten vorgesehen werden mussten, wenn der Verschleiss auf ein Minimum herabgeseztt werden sollte, Entsprechend grosse Führungsflächen sind aber besonders bei Anordnung einer grösseren Anzahl Kolben nicht möglich, wegen der dichten Lage der Führungsschlitze nebeneinander.
Ausserdem ergibt die gleitende Reibung der Kolben in den Schlitzen bei den bekannten Maschinen, dass schon die Reibungskraft gleich oder grösser als die Nutzleistung der Maschine ist, so dass die für die Maschine aufzuwendende Leistung das Doppelte und noch mehr der reinen Nutzleistung beträgt, ohne Berücksichtigung des erheblichen mit der gleitenden Reibung verbundenen Ver- schleisses. Des weiteren führen die exzentrisch zueinander gelagerten seitlichen Mitnehmerplatten zu einer starken Beanspruchung des Materials, ganz abgesehen von dem damit verbundenen komplizierten Aufbau der Maschine.
Nach der Erfindung werden alle Nachteile der bekannten Maschinen, wie z. B. grosse Reibungskräfte, starker Verschleiss, übermässige Materialbeanspruchung durch Exzentrizität der Übertragungsmittel an den Kraftübertragungsstellen auf die Kolben vermieden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Kolbenenden mit rollendem Kontakt gegen die seitlichen, mit der Welle verbundenen Mitnehmerplatten liegen, wobei der Kontakt durch reine Reibung, indem die Mitnehmerplatten die rollenden Teile der Kolben unter Spannung setzen oder durch teilweisen Eingriff der rollenden Teile der Kolben in Radialnuten der seitlichen Mitnehmerplatten erzielt werden kann. Es betragen dadurch gegenüber der Nutzleistung die zu überwindenden Reibungskräfte der Übertragungsmittel nur wenige Prozent und der Verschleiss ist gleich Null.
Auch bei reinem Reibungskontakt zwischen den seitlichen Mitnehmerplatten
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und dem rollenden Teil der Kolben ist die zu erreichende Nutzleistung gross genug. So kann beispielsweise bei Kolben mit einer Förderfläche von 10 cm2 und bei Verwendung von tonnenförmigen Stahlrollen mit dem Radius 2 cm und der Breite 2 cm ein Arbeitsdruck von 100 Atm. erreicht werden, was für alle Fälle ausreicht.
Gemäss der Erfindung wird zur Erzielung der rollenden Reibung zwischen den seitlichen Mitnehmerplatten und den Kolben der Kolben hohl ausgebildet und in dieser Aushöhlung zwei oder ein Mehrfaches von zwei Kugeln oder Rollen gegeneinander abwälzbar gelagert. Diese Kugeln oder Rollen werden entweder mittels der seitlichen Druckplatten unter Spannung gesetzt oder greifen zum Teil in Radialnuten von seitlichen Mitnehmerplatten ein. Bei Verwendung von Rollen gibt man diesen zweckmässig eine Tonnenform, damit ein Abrollen auf den Randteilen vermieden wird. Kugeln führen nämlich ausser der radialen Abwälzbewegung eine Schwenkbewegung aus, wobei der Schwenkwinkel von der Exzentrizität der Antriebswelle zur Gehäuseachse abhängt.
Gemäss der Erfindung ist es auch möglich, an den Enden der Kolben in Aussparungen Kugeln oder Rollen um Querachsen drehbar zu lagern, die ihrerseits wieder von den seitlichen Druckplatten unter Spannung gesetzt werden können oder zum Teil in Radialnuten der seitlichen Mitnehmerplatten eingreifen. Bei reinem Reibungskontakt, d. h. dann, wenn die Kugeln oder Rollen durch die seitlichen Druckplatten unter Spannung gesetzt werden, müssen diese Kugeln oder Rollen über die Länge der Kolben etwas vorstehen, u. zw. um einen Mindestbetrag, der gleich der elastischen Annäherung dieser Körper ist.
Für die Fördermenge der Maschine ist neben der Exzentrizität der Kolben zur Antriebswelle auch die Anzahl der Kolben massgebend, u. zw. wird die Fördermenge bei gleich bleibender Drehzahl und gleichbleibender Exzentrizität der Antriebswelle zur Gehäuseachse um so grösser, je grösser die Anzahl der Kolben wird.
Damit auf die Kolben durch den Druck der zu fördernden Flüssigkeit kein Drehmoment, bezogen auf den Stützpunkt des Kolbens, ausgeübt werden kann, wie es beispielsweise bei einem Kolben mit radial zum Gehäusemittelpunkt verlaufenden Förderflächen der Fall wäre, werden diese Förderflächen senkrecht zur Stützpunktsverbindungslinie des Kolbens gestellt. Es ist dabei auch möglich, die Förder- flächen winklig auszubilden, wobei aber die in einem Winkel aneinanderstossenden Förderflächenteile ihrerseits alle wieder senkrecht zur Verbindungslinie nach dem Kolbenstützpunkt liegen müssen. Durch diese Ausbildung der Förderflächen können die Kolben an ihrer inneren und äusseren Führungswandung nicht verecken, wodurch ein Verschleiss dieser Führungen und der Kolben vermieden wird.
Der Erfindungsgegenstand kann sowohl als Pumpe, Gebläse oder Kompressor als auch als Motor oder Getriebe verwendet werden. Im letzteren Fall werden zwei oder mehrere Kolben gleitend zwischen einem inneren zylindrischen Rohrstück und einem äusseren, ebenfalls zylindrischen Führungsring gelagert und nehmen die, mit der Antriebswelle verbundenen, seitlichen Druckplatten des Arbeitsraumes infolge des auf die Kolbenflächen wirkenden Flüssigkeitsdruckes und des damit erzeugten Drehmomentes mit.
Die Mitnahme der seitlichen Druckflächen bzw. der seitlichen Wandungen und damit der Getriebewelle erfolgt auch hier durch Reibungskontakt zwischen den im Kolben gelagerten Kugeln oder Rollen und den Druckplatten oder durch Eingriff von in den Kolben gelagerten Kugeln, von Kolbenendzapfen oder von Bolzen in entsprechende Radialnuten der seitlichen mit der Getriebewelle verbundenen Druckplatten.
Der erwähnte äussere verschiebbare Führungsring für die Kolben wird durch zwei Stege im Gehäuse geführt,. die gleichzeitig den Arbeitsraum in Saug-und Druckraum unterteilen. Durch diese Anordnung des äusseren Führungsringes, der im übrigen Durchtrittsöffnungen für die Treibflüssigkeit besitzt, kann die Exzentrizität des inneren Führungsrohres und des äusseren Führungsringes mit den dazwischenliegenden, beispielsweise mittels Rollen gelagerten Kolben zu der Antriebswelle bzw. der Getriebewelle ganz beliebig und auch nach zwei, zu der Getriebewelle entgegengesetzten Richtungen gewählt werden.
Das Getriebeaggregat besteht aus dem vorstehend gekennzeichneten Getriebe und einer Flüssigkeitspumpe, die dem Getriebe die Druckflüssigkeit zuführt. Nach der Erfindung kann entweder das
Getriebe oder die Pumpe oder können auch beide die erfindungsgemässe Ausbildung aufweisen, d. h. es kann die Getriebewelle oder die Pumpenwelle oder es können auch beide Wellen zu ihrer Gehäuseachse exzentrisch verschoben werden.
Die Getriebeanordnung kann demgemäss auf folgende Arten erfolgen :
A) Variable Exzentrizität der Pumpenwelle und konstante Exzentrizität der Getriebewelle oder Verwendung einer beliebigen Drehkolbenpumpe als Getriebe.
B) Konstante Exzentrizität der Pumpenwelle oder Verwendung einer beliebigen Druckpumpe und variable Exzentrizität der Getriebewelle.
C) Variable Exzentrizität der Pumpenwelle und variable Exzentrizität der Getriebewelle.
Durch die Variation der Grösse der Wellenexzentrizität zur Gehäuseachse vergrössern oder verkleinern sich die zwischen den Kolben gebildeten Kammerräume, so dass dementsprechend die pro Um- drehung durch das Getriebe fliessende Flüssigkeitsmenge oder die von der Pumpe geförderte Flüssigkeitsmenge verschieden gross ist. Mit der Flüssigkeitsmenge ändern sich gleichzeitig die Drehmomente, die mit zunehmender Flüssigkeitsmenge grösser werden.
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Bei der z. B. unter A genannten Anordnung werden sich bei der Änderung der Exzentrizität der Pumpenwelle zur Gehäuseaehse die Kolbenkammerräume der Pumpe ändern. Da das Volumen der Kolbenkammern direkt proportional der Exzentrizität ist, so ist bei variabler Exzentrizität und konstanter Drehzahl der Pumpenwelle und konstanter Exzentrizität der Getriebewelle die Umdrehungszahl der Getriebewelle dem Fördervolumen, wie das Volumen der Kolbenkammern von der Pumpe genannt werden soll, proportional, u. zw. ist sie bei grosser Exzentrizität gross und bei kleiner Exzentrizität klein.
Ist die Exzentrizität gleich Null, d. h. die Achse des inneren Zylinderrohres und des äusseren verschiebbaren Führungsrings fällt mit der Achse der Pumpenwelle zusammen, so kann auf die Kolbenflächen des Getriebes kein Drehmoment mehr erzeugt werden, da die Fördermenge der Pumpe den Wert Null erreicht, d. h. das Getriebe steht. Wird die Exzentrizität nach der entgegengesetzten Seite der Pumpenwelle verlegt, durch Verschieben des äusseren Führungsringes mittels der Führerstege, so wechselt die Saugseite mit der Druckseite und die Getriebewelle erhält eine entgegengesetzte Umdrehung, wobei die Umdrehungszahl ebenfalls wieder variabel nach der Grösse der Exzentrizität gehalten werden kann.
Bei dem Fall nach Beispiels B, d. h. bei konstanter Exzentrizität der Pumpenwelle oder Anordnung einer beliebigen Druckpumpe und variabler Exzentrizität der Getriebewelle, ist bei konstanter Fördermenge der Pumpe die Umdrehungszahl des Getriebes dem Fördervolumen oder Fassungsvermögen des Getriebes umgekehrt proportional. D. h. die Drehzahl der Getriebewelle ist bei grosser Exzentrizität, die dem Fassungsvermögen der Kolbenkammern direkt proportional ist, klein, und bei kleiner Exzentrizität gross, und die auf die Getriebewelle übertragenen Drehmomente sind dementsprechend bei grosser Exzentrizität, d. h. bei grossem Fassungsvermögen der Kolbenkammern, gross und bei kleiner Exzentrizität klein. Das Produkt Drehmoment mal Drehzahl ist daher konstant.
Bei Verlagerung der Exzentrizität nach der entgegengesetzten Seite der Getriebewelle kehrt sich auch hier der Drehsinn der Getriebewelle um.
Es wird also durch die Verschiebbarkeit der Kolbenführungen zur Getriebewelle bei der Pumpe oder beim Getriebe sowohl die Drehzahl als auch die Drehrichtung und das Drehmoment der Getriebewelle bestimmt. Da weiter mit der Vergrösserung des Fördervolumens, d. h. bei ansteigender Exzentrizität und kleiner werdenden Drehzahl, das Drehmoment durch die radiale Entfernung der Kolbenkammern von der Getriebewelle grösser wird, so erhält man durch das Getriebe nach der Erfindung bei kleiner Drehzahl ein grosses Drehmoment, wie es in der Praxis überall gefordert wird.
Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, u. zw. zeigen : Fig. 1 einen senkrechten Achsschnitt durch eine Pumpe, Fig. 2 einen Querschnitt nach'
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schnitt, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Kolbens, Fig. 5 und 6 eine Darstellung der absoluten Bewegung der Kolben gegenüber den Druckplatten, Fig. 7 einen radialen Teilschnitt durch die seitlichen Druckplatten mit den rollend an diesen geführten Kolben, Fig. 8 einen Schnitt nach Linie VIII-VIII der Fig. 7, Fig. 9 einen Schnitt nach Linie VIII-VIII der Fig. 7 mit Anwendung von Radialnuten in den Druckplatten, Fig. 10 einen radialen Teilschnitt mit Lagerung von vier Kugeln in jedem Kolben, Fig. 11 die zeichnerische Bestimmung der Kolbenstellungen zueinander, Fig. 11 a die Aufsicht auf eine Druckplatte mit den Radialnuten, Fig.
12 eine perspektivische Ansicht eines Kolbens mit an den Enden vorgesehenen Zapfen, die in entsprechende Radialnuten der Druckplatten eingreifen, Fig. 13 einen Querschnitt durch einen Kolben mit Darstellung der Forderflächenlagen, Fig. 14 einen Querschnitt durch einen Kolben mit gebrochenen Förderflächen, Fig. 15 und 16 zwei Bewegungsstellungen der Kolben bei Anordnung von zwei Kolben, Fig. 17 einen Querschnitt durch eine, als Kompressor ausgebildete Drehkolbenmaschine, Fig. 18 einen senkrechten Achsschnitt durch eine Drehkolbenmasehine mit zwei nebeneinander angeordneten Arbeitsräumen, Fig. 19 einen Querschnitt nach Linie XIV-XIV der Fig. 18, Fig. 20 einen senkrechten Achsschnitt durch eine als Getriebe ausgebildete Drehkolbenmaschine, Fig. 21 einen Querschnitt nach Linie XIV-XIV der Fig. 18, Fig.
22-24 drei schematische horizontale Schnitte durch das Getriebe nach Fig. 20 und 21, Fig. 25 einen schematischen senkrechten Achsschnitt durch ein Getriebeaggregat nach Linie XXV-XXV der Fig. 26, Fig. 26 einen Querschnitt nach Linie XXVI-XXVI der Fig. 25, Fig. 27 einen horizontalen Aehsschnitt nach Linie XXVII-XXVII der Fig. 25, bei dem die Kolben nicht eingezeichnet sind.
Die Drehkolbenmaschine nach der Erfindung, Ausführungsbeispiel Fig. 1 und 8, besteht aus einem zylindrischen Gehäuseteil 1, zwischen dessen innerer Umfangswandung und einem zentrisch in dem Gehäuseteil 1 liegenden, ebenfalls zylindrischen Führungsrohres 2 zwei oder mehrere Kolben 3, die segmentartig ausgebildet sein mögen, gleitend geführt werden. Seitlich werden die Kolben 3 durch zwei ebene Druckplatten 4 (Fig. 1) und dem zum Teil nach innen gezogenen Gehäuseteil (Fig. 3) begrenzt.
Diese Druckplatten 4 sind durch Passfedern 5 auf einer exzentrisch zum Gehäuseteil liegenden Antriebswelle 6 aufgekeilt. Die Antriebswelle 6 besitzt auf der einen'Seite des Arbeitsraumes einen Bund 7, gegen den das Ende der einen Druckplatte 4 liegt, während sie auf der anderen Seite des Arbeitsraumes mit einem Gewinde versehen ist, so dass nach dem Aufschieben der Druckplatten 4 diese Druckplatten 4 mittels Schraubenmuttern 8 fest gegen die Enden des Kolbens 3 bzw. Rollen 15 gepresst werden können. Im übrigen ist die Antriebswelle 6 mit den Druckplatten 4 durch die Lagerbüchsen 9 in den beiden Gehäuse-
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In dem Ausführungsbeispiel Fig. 1 und 8 sind in der Drehkolbenmaschine sechs Kolben 3 vorgesehen, welche kanalartige durchlaufende Hohlräume 14 (Fig. 4) besitzen. In diese Hohlräume sind je zwei abgeflachte Kugeln 15 lose eingeführt, die über die Länge b 1 der Kolben 3 bzw. die Länge b 1 der inneren Umfangswandung des Zylindergehäuses 1 (Fig. 3) um die elastische Annäherung vorragen, so dass die Kugeln 15 von den Druckplatten 4 fest eingespannt werden können, während die Kolbenenden die Druckplatten 4 nur lose berühren.
Die Förderflächen 35 der Kolben 3 sind in den Fig. 2,15, 16,17, 19,21 radial zum Gehäusemittelpunkt gerichtet, so dass der seitliche Kolbendruck pl in der Entfernung a vom Kolbenstützpunkt wirkt (Fig. 13). Bei dieser radialen Lage der Förderflächen 35 kann also der auf die Förderfläche wirkende Druck pl zu einem Ecken der Kolben führen, da in diesem Fall ein Drehmoment auf den Kolben ausgeübt wird, durch das der Kolben auf einer Seite gegen die äussere Wandung und auf der anderen Seite gegen das innere Zylinderrohr 2 gedrückt wird. Um dieses Ecken der Kolben, insbesondere bei grösseren Drücken zu vermeiden, werden die Förderflächen 36 (Fig. 13) so ausgebildet, dass die Druckresultierende P durch den Stützpunkt Z des Kolbens 3 verläuft.
Die Förderflächen 36 sind die Sekanten eines um den Stützpunkt gezogenen Kreises 38, so dass die normale auf dieser Sekante 36 durch den Stützpunkt Z verläuft. Naturgemäss ist es auch möglich, die Förderflärhe 36 als gebrochene Fläche auszubilden, wie in Fig. 14 gezeigt ist. Es sind auch hier die Flächenteile 39 und 40 Sekanten eines um den Stützpunkt Z gezogenen Kreises 38, so dass die resultierenden Druckkräfte immer durch den Stützpunkt z verlaufen müssen. Es können in diesem Falle nie mehr Drehmomente bei den Kolben auftreten, und damit wird ein Ecken und ein starker Verschleiss des Kolbens an den Führungsflächen vermieden.
Links und rechts vom Arbeitsraum der durch die seitlichen Druckplatten 4, den zylindrischen Gehäuseteil 1 und das zylindrische Führungsrohr 2 begrenzt wird, schliessen sich je nach der Drehrichtung und der exzentrischen Lage der Antriebswelle der Saugstutzen 16 und der Druckstutzen 17 (Fig. 2) an. Der Arbeitsraum ist im übrigen durch zwei Stege mit den Kanten 18, 19 und 20, 21, die im obersten und untersten Scheitel der Maschine liegen, in Saug-und Druckraum unterteilt. Diese Stege umfassen die Kolben 3 auf einer Breite, die gleich oder grösser als der kleinste (im obersten Scheitel) bzw. der grösste Abstand (im untersten Scheitel) der Kolben 3 voneinander beträgt, so dass keine Flüssigkeit von der Druck-zur Saugseite gelangen kann.
An die Kanten 18, 19 und 20, 21 ! schliessen sich im Gehäuseteil1 auf beiden Seiten der Maschine Kanäle mit der Kanalhöhe a (Fig. 2) und der Kanalbreite b (Fig. 3) an, durch die die Flüssigkeit auf der Saugseite fast bei einem Winkel von 1800 in die zwischen je zwei Kolben gebildeten Kolbenkammern einströmen und auf der Druckseite fast bei einem Winkel von 180 ausströmen kann, so dass Stösse in der Maschine nicht auftreten.
Ist P die seitliche Kolbenbelastung, R die Resultierende aus der seitlichen Kräftebelastung, 0 die Zentrifugalkraft des Kolbens, Q die statische Flüssigkeitsbelastung am äusseren Kolbenumfang, so wird für den Kolben ein Schwebezustand erreicht, wenn die Summenkräfte R + 0 = Q sind. Es muss zur Erzielung dieses Ergebnisses die Breite b der Kanäle so gewählt werden, dass die Grösse Q der Summe R + 0 gleich wird. Derselbe Schwebezustand wird auch bei einem Kolben nach Fig. 14 erreicht, wo Q sein muss.
Die Wirkungsweise der Maschine nach der Erfindung ist folgende : Wird die Antriebswelle 6 in
Umdrehung versetzt, dann drehen sich die mit der Welle verbundenen seitlichen Druckplatten 4 ebenfalls mit. Da diese Druckplatten 4 fest gegen die Kugeln 15 liegen, d. h., die Kugeln sind unter Spannung gesetzt, so werden bei der Umdrehung der Druckplatten 4 die Kugeln 15 und damit die Kolben 3 mitgenommen. Durch die Exzentrizität der Antriebswelle 6 zu dem Zylindergehäuse 1 und dem zylindrischen Führungsrohr 2 und die zwangsweise gleitende Führung der Kolben 3 zwischen den beiden zylindrischen
Teilen 1 und 2, wird die radiale Entfernung der Kolben 3 in den einzelnen Lagen von der Wellenachse verschieden gross sein.
Daraus ergibt sich, da diewinkelgescliwindigkeit der einzelnen Punkte der Druck-
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ab (Fig. 7). An Stelle von zwei Kugeln 15 kann auch ein Vielfaches von zwei Kugeln in den Kolben gelagert sein, die in der in Fig. 10 angedeuteten Weise, gegeneinander und an den seitlichen Druckplatten 4 abrollen.
In der Fig. 6 ist im Punkte A der Druckplatte 4 die Geschwindigkeit Va- Diese Geschwindigkeit zerlegt sich in zwei Komponenten w.,'und c.,. Die Geschwindigkeit ist die absolute Geschwindigkeit des Punktes A der Druckplatte 4. Die Geschwindigkeit ssg ist die absolute Geschwindigkeit des Kolbens.
Die Geschwindigkeit w, ist die absolute Geschwindigkeit der Kolben zur Druckplatte, welche zur Gehäusemitte hin oder entgegengesetzt gerichtet ist. In Fig. 7 ist dieser letztere Bewegungsvorgang des Kolbens 3 gegenüber der Druckplatte 4 dargestellt. Da im Ausführungsbeispiel die Kugeln auf der Druckplatte 4 nicht gleiten, sondern abrollen, wird die radiale Veränderung des Kolbens mit dem kleinsten Reibungswiderstand durchzuführen sein.
In der Fig. 5 sind in den Punkten 0 und B die absoluten Geschwindigkeiten der Kolben 3 zeichnerisch mit der Grösse el und ca dargestellt.
Da die Kugeln auf der Druckplatte 4 nicht nur eine radiale Bewegung zur Gehäusemitte hin aus- üben, sondern auch eine Schwenkung auf der Druckplatte ausführen, so sind möglichst keine zylindrischen Rollen zu verwenden, da sonst ein Gleiten der Rollen auf ihren Randteilen eintritt. Eine leichte Wölbung verhindert ein Gleiten und erhöht gleichzeitig die Belastungsfähigkeit der Rolle.
Die einzelnen Stellungen, die die Kolben im Gehäuse einnehmen, sind aus dem Diagramm nach Fig. 11 zu entnehmen, Es werden zur Ermittlung dieser Stellungen von der exzentrischen Antriebswelle
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gezogen. Diese Strahlen schneiden den Kreis mit dem Radius R. Diese Schnittpunkt sind die Mittel der einzelnen Kolben 3, in welche Stellungen die Kolben beim Zusammenbau der Maschine zu bringen sind.
Die Förderung der Flüssigkeit erfolgt nun so, dass die Flüssigkeit auf der Saugseite vom Saugstutzen 16 über den Kanal a, b in die sich vergrössernden Kolbenkammern eintritt und auf der Druckseite durch die sich verkleinernden Kolbenkammern über den zweiten Kanal a, b in den Druekstutzen 17 gedrückt wird.
Bei Drehkolbenmaschinen nach der Erfindung ist die kleinste Kolbenzahl zwei, wie in Fig. 15 und 16 dargestellt ist, jedoch wird die Fördermenge grösser, je grösser die Kolbenzahl ist.
Soll die Maschine als Gasverdichter verwendet werden, so ist darauf zu achten, dass die Kolbenkammern erst dann mit dem Druckstutzen in Verbindung gebracht werden, wenn der Druck in den, Kolbenkammern den Druck im Anschlusskanal erreicht hat, so dass kein Gas in die Kolbenkammern zurücktreten kann (Fig. 17). Die Winkel ssi und sss, die sieh bis zu den Stegkanten 19 und 20'erstrecken sind also bei der Gasverdichtung verschieden gross, während sie bei der Flüssigkeitsförderung gleich gross sein müssen. Bei Gasverdichtern ist der Abstand der Kolben im obersten Scheitel möglichst klein zur halten, denn je kleiner dieser Abstand H wird, desto kleiner wird der schädliche Raum und um so grösser der volumetrische Wirkungsgrad der Maschine.
Nach der Erfindung ist es auch möglich, mehrere Kolbenreihen nebeneinander anzuordnen, wie in Fig. 18 und 19 gezeigt ist. Die Wirkungsweise der Maschine bleibt hier dieselbe, wie schon oben beschieben. In dem Beispiel ist zwischen den beiden Kolbenreihen eine dritte Druckplatte 4'eingeschaltet, während die Rollen 15 wieder durch Anziehen der Schraubenmuttern 8 unter Spannung gesetzt werden, so dass die Kolben von den Druckplatten durch Reibungskontakt mitgenommen werden.
Wie schon in der Einleitung der Beschreibung erwähnt, ist es möglich, die Kugeln oder Rollen 15 zum Teil in Radialnuten der beiden Druckplatten 4 eingreifen zu lassen. Ein derartiges Beispiel ist in Fig. 9 dargestellt. Die Durchmesser der beiden Kugeln 15 sind so gross gewählt, dass deren Gesamtlänge grösser als die Länge des Kolbens 3 ist. Mit dem vorstehenden Teil fassen die Kugeln 15 in Nuten 41 der beiden Druckplatten 4, die radial zur Wellenmitte hin gerichtet sind (Fig. 11 a). In dem Beispiel Fig. 9 sind die Nuten 41 stumpfwinkelig ausgebildet und die Winkelflächen sind Tangenten an den Kugeln 15.
Ist der Winkel a der Normalen N zur Kolbenachse beispielsweise 300, so kann in diesem Fall gegenüber einem Kolben, der durch reinen Reibungskontakt der Kugeln 15 (Fig. 2) mitgenommen wird, die Belastungsgrenze um ungefähr das Doppelte gesteigert werden. Diese Belastungsgrenze steigt im übrigen mit zunehmender Grösse des Winkels a.
An Stelle der rollenden Kolbenführung mittels Kugel-oder Rollenkörper wird in Fig. 12 gezeigt, wie der Kolben durchgebildet werden soll oder werden kann, wenn dieser mit gleitender Reibung an den seitlichen Druckplatten geführt wird. Der Kolben 3 hat zwei seitlich liegende zylindrische Zapfen 42. Auf diesen Zapfen 42 sind quadratische oder rechteckige Gleitsteine 43 gelagert, die sich mit ihren Seitenflächen 44 in entsprechend geformten Nuten der Druckplatten 4 führen. Die Schwenkbewegung des Kolbens 3 wird durch die zylindrischen Zapfen 42, die Hubbewegung durch das radiale Gleiten in den Nuten der seitlichen Druckplatten erreicht.
Neben den bisher angeführten Verwendungsgebieten kann die Drehkolbenmaschine nach der Erfindung auch als Motor und insbesondere als Getriebe Verwendung finden. Ein solches Getriebe ist in den Fig. 20-24 dargestellt. Die konstruktiven Abänderungen des Getriebes gegenüber einer Pumpe
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bestehen vor allem darin, dass der mittlere zylindrische Gehäuseteil 1, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, nicht mehr feststehend angeordnet ist, sondern sich zwischen den beiden seitliehen Gehäuseschildern radial verschieben lässt.
Der Aufbau des Getriebes ist so, dass das Gehäuse 23 durch die beiden seitlichen Schilder 21 und 22 abgeschlossen wird. An das Gehäuse 23 schliessen sich der Eintrittsstutzen 24 und der Austrittsstutzen 25 an. In den Gehäuseschildern 21 und 22 ist die Getriebewelle 26 mittels Kugellager 27 gelagert. Auf die Getriebewelle 26 sind zwei Druckplatten 28 aufgeschoben und werden mit der Welle durch Federkeile verbunden. Zwischen den beiden Druckplatten 28 sind die Kolben 3 mittels Kugel- oder Rollenkörper 15 eingespannt, die am äusseren Umfang durch einen verschiebbaren Führungsring 29 und am inneren Umfang durch ein Rohrstück 2 begrenzt werden und zwischen welchen Teilen 29 und 2 die Kolben 3 gleitend gelagert sind.
Der verschiebbare äussere Führungsring 29 wird durch zwei sich im Gehäuse 23 gegen- überliegende Stege 30 geführt, und die Verschiebung dieses Führungsringes kann beispielsweise durch eine Spindel 31 und ein Handrad 32 erfolgen. Die Mitnahme der seitlichen Druckplatten 28, die durch Schraubenmuttern 33 fest angezogen sind oder werden können, erfolgt durch die Kolben 3 über die Rollen 15 durch Reibungskontakt.
Die Wirkungsweise des Getriebes ist im wesentlichen die umgekehrte, wie bei der vorstehend beschriebenen Pumpe. An das Getriebe ist eine Druckpumpe angeschlossen, die die Flüssigkeit dem Getriebe durch den Eintrittsstutzen 25 zuführt, von wo sie durch eine kanalartige Durchbrechung 33 des Führungsringes 29 in den Arbeitsraum des Getriebes gelangt. Nach dem Durchlaufen des Arbeitsraumes tritt die Flüssigkeit durch eine zweite kanalartige Durchbrechung 34 des Führungsringes 29 in den Austrittsstutzen 24, von wo sie zur Druckpumpe zurückkehrt. Es ist also der Führungsring 29 nur an den beiden Führungsstegen 30 überbrückt. Die Überbrückungen und die beiden Führungsstege 30 teilen die Maschine im übrigen in Saug-und Druckraum.
Wird zur Beschreibung der Wirkungsweise des Getriebes von der in Fig. 22 gezeigten Stellung des Führungsringes 29 ausgegangen, d. h. der Führungsring 29, das innere Zylinderrohr 2 und die zwischen diesen beiden gleitend gelagerten Kolben 3 besitzen die Exzentrizität E zur Antriebswelle 26 und ist 25 der Eintrittsstutzen, so wird auf die Kolbenflächen ein Druck ausgeübt, der infolge der Exzentrizität E des Führungsringes 29 bzw. der Kolben 3 zu der Welle 26 ein Drehmoment erzeugt, durch das die Getriebewelle über die von den Kolben mitgenommenen seitlichen Druckflächen bzw. Seitenwände in Pfeilrichtung in Umdrehung versetzt wird.
Wie schon in der Einleitung der Beschreibung auseinandergesetzt wurde, erreichen die Kolbenkammern ihren grössten Wert bezüglich ihres Volumens in der äussersten Stellung des Führungsringes 29, d. h. dann, wenn die Exzentrizität E ihren grössten Wert erreicht hat.
Da in dieser äussersten Stellung des Führungsringes die Kolben ihren grössten radialen Abstand von der Getriebewelle besitzen, so wird hier das erzeugte Drehmoment am grössten. Werden die Kolbenkammern verkleinert, d. h. die Exzentrizität E wird durch Verschieben des Führungsringes 29 geringer, dann wird damit bei gleichbleibendem Lieferungsgrad der an das Getriebe angeschlossenen Druckpumpe die Drehzahl der Getriebewelle gesteigert.
Fällt die Achse des Führungsringes 29 mit der Achse der Getriebewelle (Fig. 23) zusammen, dann kann kein Drehmoment mehr ausgeübt werden, und das Getriebe steht. Da auch das Drehmoment bei sich verkleinernder Exzentrizität abnimmt, so tritt beim Schalten des Getriebes in die Nullstellung kein
Stoss auf. Beim weiteren Verschieben des Führungsringes, d. h. die Exzentrizität E ist negativ geworden (Fig. 24), ändert sich der Drehsinn der Getriebewelle, u. zw. kann auch hier wieder durch Verschieben des Führungsringes und damit der Änderung der Grösse der Exzentrizität die Drehzahl der Getriebewelle beliebig variiert werden. Durch die Verschiebbarkeit des Führungsringes 29 ist es also möglich, sowohl die Drehzahl als auch den Drehsinn der Getriebewelle zu ändern.
Die in den Fig. 20-24 dargestellte Anordnung kann, wie schon zum Ausdruck gebracht wurde, auch als Pumpe in dem Getriebeaggregat dienen, während das Getriebe eine beliebige Drehkolbenpumpe oder eine andere drehende. Pumpe sein kann. Ein solches Getriebeaggregat, bei dem die Kolben der Pumpe exzentrisch zu ihrer Antriebswelle verschiebbar sind und bei dem das Getriebe eine konstante Exzentrizität besitzt, ist in den Fig. 25-27 dargestellt und entspricht der Anordnung A nach der Beschreibungeinleitung. Es ist hier die Pumpe (linke Hälfte) als auch das Getriebe (rechte Hälfte) in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, das aus dem mittleren Teil 45 und den beiden seitlichen Deckplatten 46 und 47 besteht.
Der mittlere Gehäuseteil 45 ist mit den beiden Teilen 48 nach innen gezogen, so dass hiedurch die beiden Überstromräume 49 (von der Pumpe zum Getriebe rund 50 (vom Getriebe zur Pumpe) voneinander getrennt sind.
In den beiden seitlichen Gehäuseschildern 46 und 47 sind die Welle 51 der Pumpe und die Welle 52 des Getriebes gelagert, und auf jede Welle sind je zwei Druckplatten 53 bzw. 54 aufgeschoben und mittels
Keile 55 gehalten. Zwischen den Druckplatten ist, wie schon im vorhergehenden beschrieben, der innere Führungszylinder 2, der. äussere Führungsring 29 sowie die Kolben 3 gelagert. Die zwischen den Druck-
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seite des Getriebes (Fig. 27) gedrückt, und infolge des auf die Kolben 3 des Getriebes ausgeübten Drehmomentes durch die Flüssigkeit werden die Druckplatten 54 und damit die Getriebewelle 52 mitgenommen.
Die Flüssigkeit strömt dann auf der Ausströmseite des Getriebes über den Raum 50 in die Pumpe zurück.
Die Kolbenkammerräume der Pumpe sind bei grosser Exzentrizität der Kolben zur Welle 51 gross, so dass damit die Fördermenge gross wird, d. h. die Drehzahl des Getriebes mit der Welle 52 wird in diesem Fall gross. Bei abnehmender Exzentrizität der Pumpenwelle zu den Kolben der Pumpe wird dagegen die Fördermenge bei gleichbleibender Drehzahl der Welle 51 kleiner und auch die Drehzahl des Getriebes kleiner. Kehrt sich die Exzentrizität der Pumpenkolben zur Welle 51 um, so kehrt sich auch die Förderrichtung der Flüssigkeit um, und die Getriebewelle 52 erhält einen entgegengesetzten Drehsinn (Rückwärtsgang). Ist die Exzentrizität der Pumpenkolben zur Antriebswelle 51 gleich Null, so steht das Getriebe.
Die in den Fig. 25-27 dargestellte Ausführung kann auch so verwendet werden, dass das Getriebe mit der Welle 52 als Pumpe und die Pumpe mit der Welle 51 als Getriebe dient.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Drehkolbenmaschine, verwendbar als Pumpe, Gebläse, Kompressor, Motor oder Getriebe, bei der zwei oder mehrere Kolben exzentrisch zur Antriebswelle gleitend zwischen einer äusseren und einer inneren Zylinderfläche geführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben bezüglich ihrer Radialbewegung zur bzw. von der Wellenmitte einen rollenden Kontakt mit seitlichen Mitnehmerplatten besitzen.