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Österreichische PATENTSCHRIFT ? 18548. COOLEY DEVELOPMENT COMPANY IN BOSTON (V. ST. A. ).
Kraftmaschine oder Pumpe mit kreisendem Kolben.
Die Erfindung betrifft eine Kraftmaschine oder Pumpe mit kreisendem Kolben, welche auch als Messvorrichtung für Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe benützt werden kann und im wesentlichen aus zwei in gleicher Richtung um parallele Achsen ineinander rotierenden Körpern (Kolben und Zylinder) besteht, deren zur Berührung gelangende Flächen zyklische Leitknrven gleichen Charakters besitzen, die sich nur dadurch voneinander unterscheiden, dass die eine um einen Umkehrpunkt mehr hat als die andere ;
dabei sind die Parameter dieser beiden Kurven so bemessen, dass die Umkehrpunkte der einen Kurve längs des Umfanges der anderen @ortgleiten, wobei sich jedes der beiden Elemente um seine Achse mit einer Geschwindigkeit dreht, die umgekehrt proportional ist der Anzahl der Luit- kurvonumkehrpunkto, so dass zwischen den beiden Körpern ebensoviele Räume entstehen, als solche am Kurvenumfang fortgleitende Umkehrpunkte vorhanden sind, welche Räume ihr Volumen während der Drehung beider Körper periodisch zwischen Null und einem Maximum verändern.
Die Fig. 1 bis G der Zeichnung veranschaulichen zyklische Kurven, die als Leitlinien der Zylinderfächen des Kolbens und der Innenwand des Zylinders dienen können, und zwar sind dieselben in den ersten drei Falten Epizykloiden, in den Fig. 4 bits 1 ;
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Zugrundelegung von epizykloidischen Kurven, wobei ein. kardioidischer Kolben angewendet ist ; dabei stellt Fig. 7 einen Vertikalschnitt nach der Linie C-D der Fig. 9 (in der Pfeilrichtung gesehen) dar ; Fig. 8 ist ein Vertikalschnitt nach der Linie E-F der Fig. 9 (in der Pfeilrichtung gesehen) ; F : g. 9 ein Vertikalschnitt nach der Linie A-B der Fig. 7 (in der Pfeilrichtung gesehen) ;
Fig. 10 ein Vertikalschnitt durch den Zylinder ;
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ist ein Horizontalschnitt durch den Zylinder nach der Linie G-77 der Fig. 8 und Fig. 13 ein Schnitt gleich jenem nach Fig. 7, bei anderer Stellung von Kolben und Zylinder.
Um dio aus dem Zusammenhang der die Leitlinien der zylindrischen Kolbenfläcbf
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weise der Maschine zu orktären, sei auf folgendes hingewiesen :
Ein in gegebener Entfernung mit gleichförmiger Geschwindigkeit um eine feste Achse
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Ebene, die in derselben Richtung um eine andere, zur ersteren parallele feste Achse rotiert, bekanntlich eine zyklische Kurve, weiche, wenn das Verhältnis aus der absoluten Winkelgeschwindigkeit dos Punktes zu jener der rotierenden Ebene einen echten Bruch gibt, eine Epizykloide und bei einem durch einen unechten Bruch ausdrückbaren Geschwindigkoitsverhältnis eine Hypozykloide sein wird.
So entsteht bei einem Verhältnis
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um dieselbe Achso rotleienden, voneinander um 1800 absteheinden Punkten beschrieben, die Nephroido und die Aateroide von drei solchen um 1200 voneinander abstehenden Punkten, die Kleoblattkurve von vier voneinander um 900 abstehenden Punkten u. s. w.
In Fig. 1 ist al eine Kardioide, welche 1tuf die oben beschriebene Art entstanden ist. In Fig. 2 zeigt a2 eine Nepl1roide und in Fig. 3 a3 eine kleeblattförmige Epizykloide ; mit a ist stets der Mittelpunkt dieser Kurven bezeichnet. Die Fig. 4 und 6 veranschaulichen jenen Fall der Hypozykloide, bei welchem die Kurve mit einer Geraden b2, deren Mittel-
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Umkehrpunkt mehr aufweisen als die ursprüngliche Kurve, wenn sich das Verhältnis der Umdrehungsgeschwindigkeit dieser Kurve zu jener der Ebene durch einen Bruch ausdrücken lässt, dessen Zähler um eine Einheit grösser ist als der Nenner, während beim umgekehrten Verhältnis eine Einhüllende entsteht,
welche um einen Umkehrpunkt weniger
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dass sich ihre Umdrehungsgeschwindigkeiten zu der Anzahl ihrer Umkehrpunkte umgekehrt proportional verhalten, so verändern die durch dieselben begrenzten halbmoud-bezw. bogen, dreieckförmigen Flächenstücke f ihren Flächeninhalt periodisch zwischen Null und einem Maximum.
Um diese Eigenschaften der erwähnten Kurven zur Konstruktion der den Erfindunggegenstand bildenden Maschine ausnützen zu können, kommen bei der vorliegenden Ausführungsform ineinander rotierende Körper (Kolben und Zylinder) in Anwendung, deren zur Berührung gelangende Flächen nach den beschriebenen Kurven gekrümmte Leitlinien besitzen.
Bei dem in der Zeichnung (Fig. 7 bis 13) dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Mantelfläche des Kolbens eine Kardioide und die Innenfläche des Zylinders eine Nephroide zur Leitlinie. Der Kolben- sitzt auf einer Hohlwelle 8, welche durch eine Scheidewand 9 in Kammern 10 und 11 geteilt ist ; mit der Kammer 10 steht ein Kanal 12 und mit der Kammer 11 ein Kanal 13 in Verbindung. Der den Kolben umgebende Zylinder 2 enthält entsprechend den beiden Umkehrpunkten der Nephroide zwei zwischen Vorsprüngen 3 in das Innere hineinreichende als Scheidewände wirkende Riegel 14, die sich mittels der Gleitschuhe 15 gegen die Mantelfläche des Kolbens 1 anlegen und sie in zwei Teile teilen.
Die Gleitschuhe können sich in radialer Richtung einstellen, um die dichte Berührung mit dem Kolben bei Verschleiss und auch dann zu sichern, wenn andere Unregelmässigkeiten auftreten ; die Riegel stellen sich selbsttätig mittels der Federn 16, 16 ein. Auf der Kolbenwelle sind die Zahnräder 6, 6 angebracht, die mit den Zahnrädern 7,7 an den beiden
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befestigt sind. Die an den Ständ3rn 18, 18 angeordneten Vorsprünge 17, 17 bilden feststehende, exzentrische und parallele Lager für den Zylinder und den Kolben.
Die Wirkungsweise des beschriebenen Ausführungsbeispieles als Kraftmaschine ist folgende :
Das Druckmittel (Gas, Dampf, Flüssigkeit) tritt bei der Stellung nach Fig. 13 durch die Öffnung 26 (Fig. 9) in den ringförmigen Raum 25, von hier durch die beiden Öffnungen 24, 24 in die Kammer 10 der Hohlwelle 8 und durch den Kanal 12 in den Raum 22 zwischen den Zylinder und den Kolben. Das Druckmittel übt auf die Innenfläche des Zylinders 2 einen Druck und auf den zwischen den Gleitschuhen liegenden Teil der gegen- überliegendon Kolbenoberfläche einen Gegendruck aus.
Da die Resultierende der Horizontalkomponenten sämtlicher auf die Mantelfläche des Kolbens wirkender Drücke unterhalb der Achse der Wolle 8 liegt, so wird das Druckmittel eine drehende Bewegung des Kolbens in der Richtung des Pfeiles (Fig. 13) hervorrufen ; in der gleichen Richtung rotiert infolge der Räderübersetzung 6, 7 der Zylinder 2. Dabei verhalten sich in diesem Falle die Umdrehungsgeschwindigkeiten des Kolbens und des Zylinders wie 2 : 1.
Wenn der Kolben 1 in der Pfeilrichtung eine halbe Umdrehung gemacht hat (Fig. 7), so stehen die durch die Riegel 14 gebildeten Scheidewände im rechten Winkel zu ihrer in Fig. 13 dargestellten Anfangsstellung und überdecken die Kanäle 12, 13. Die Umkehrlinie 27 des Kolbens steht dann in dem Raum 23 und die Kolbenhälfte jenseits der Kanäle füllt den Raum 22 aus (Fig. 7). Der kardioidische Kolben steht, wenn die Maschine als Motor arbeitet, in diesem Falle in einem Totpunkt und muss durch seine lebendige Kraft oder durch eine äussere Kraft (z. B. durch ein Schwungrad) soweit weiterbewegt
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werden, dass die Kanäle 12 und 13 nicht mehr von den Gleitschuhen 15, 15 überdeckt sind. Wenn diese Stellung erreicht ist, so kann das Druckmittel durch den Kanal 12 in den Raum 22 eintreten.
Dann wirkt die Resultierende der auf die Mantelfläche des Kolbens ausgeübten Drücke exzentrisch zur Drehachse der Welle 8 und es tritt wieder, wie zuvor eine Bewegung in der Pfeilrichtung ein.
Ist zu Beginn der Drehbewegung der Raum 23 (Fig. 7) zwischen dem Zylinder 2 und dem Kolben 1 mit einem Mittel ausgefüllt, so wird, wenn die oben beschriebene Bewegung der Teile eintritt, auf dieses Mittel ein Druck ausgeübt, welcher es durch den Kanal 13 in die Kammer 11 und von dort durch die Öffnungen 21, 21 in den ringförmigen Raum z nach der Öffnung 19 hinaustreibt. Die Kraftübertragung kann mittels der Welle 8 auf bekannte Weise stattfinden.