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Als Motor, Pumpe, Kupplung od. dgl. verwendbare Maschine
Es sind Drehkolbenmaschinen mit mehreren in Bewegungsrichtung hintereinander angeordneten Ar- beitsräumen bekannt, bei denen die Kolben als um ihre Achse kreisende, mit Aussparungen versehene
Drehschieber ausgebildet sind, die bei der Drehung des sie tragenden Maschinenteiles zwangläufig so umlaufend bewegt werden, dass sie die zwischen den einzelnen Arbeitsräumen befindlichen Flügelkolben mit ihrer Aussparung überrollen.
Einige der bekannten Anordnungen weisen gleich viele oder weniger Drehschieber als Arbeitsräume auf, d. h. die Teilung für die Drehschieber ist gleich der oder grösser als die Teilung für die Flügelkolben. Dies hat folgende Nachteile :
Ist die Teilung für die Drehschieber grösser als die für die Flügelkolben, so sind nicht ständig alle
Arbeitsräume der Maschine in Betrieb.
Ist die Teilung für die Drehschieber gleich der Teilung für die Fltigelkolben, so überrollen sämtliche
Drehschieber die Flügelkolben immer gleichzeitig. Dies bewirkt eine ungleichförmige Arbeitsweise der
Maschine. Überdies benötigen diese Anordnungen gesteuerte Ein-und Auslässe, da während des Überrollvorganges zwischen dem am Anfang des Arbeitsraumes befindlichen Einlass und dem am Ende befindlichen Auslass für das Arbeitsmittel kein den Einlass vom Auslass trennender Drehschieber ist.
Anderseits ist auch eine Anordnung bekannt geworden, bei der die Teilung für die Drehschieber kleiner als die Teilung für die Flügelkolben ist.
Bei dieser Anordnung weisen die Drehschieber jedoch zwei Aussparungen für das Überrollen der Flügelkolben auf. Hiemit sind gegenüber der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Anordnung, bei der die Drehschieber nur eine Aussparung aufweisen, jedoch eine Reihe von Nachteilen verbunden :
Bei der Ausbildung der Drehschieber mit zwei Aussparungen wird der Durchmesser der Drehschieber doppelt so gross wie der Durchmesser der Drehschieber mit einer Aussparung. Hiedurch ist eine Vergrösserung des gesamten Maschinendurchmessers bedingt.
Die Tiefe der Aussparungen kann, da diese einander diametral gegenüberliegen, nur kleiner als der Radius der Drehschieber sein. Hiedurch ergibt sich bei dem Eintauchvorgang der Drehschieber in den Druckraum ein entsprechend grosses Gegendrehmoment. Demgegenüber sieht die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung besonders vor, die Aussparung so tief wie möglich zu machen, um dieses Gegendrehmoment, welches bei jedem Überrollvorgang auftritt, so klein wie möglich zu halten. Hiedurch ergibt sich einerseits eine Verminderung des Ungleichförmigkeitsgrades der Maschine, anderseits auch eine kleinere Bemessung derselben, da nur ein geringes Gegendrehmoment durch entsprechende Vergrösserung der Maschinenabmessungen kompensiert zu werden braucht.
Bei der Anordnung mitDrehschiebern mit einem kleinen Durchmesser wird auch die Dauer des Überrollvorganges kürzer als bei grossen Drehschiebern, d. h. der schädliche Raum der Maschine fällt kleiner aus.
Überdies ist der durch das Arbeitsmittel auf die Lagerung der Drehschieber ausgeübte Druck bei kleinen Drehschiebern geringer als bei solchen mit grossem Durchmesser.
Der Erfindungsvorschlag vermeidet diese Nachteile, indem er vorsieht, die Drehschieber nur mit einer Aussparung zu versehen und die Teilung für die Drehschieber kleiner als die Teilung für die Flügelkolben zu machen.
Ist es demnach einerseits im Sinne der Erfindung, die Teilung für die kreisenden Kolben mit der
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Teilung für die Trennwände derart abzustimmen, dass der Einlass des Arbeitsraumes von dem Auslass des- selben stets durch mindestens einen kreisenden Kolben getrennt ist, so ist anderseits, damit die erforder- liche Anzahl der kreisenden Kolben trotzdem möglichst gering wird, anzustreben, deren Teilung mög- lichst gross zu halten. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass der schädliche Raum so klein wie möglich ausgebildet wird. Die Erfindung sieht deshalb zusätzlich vor, die Trennwände zwischen den Arbeitsräu- men als Träger der Ein- und Auslasskanäle für das Arbeitsmittel der Maschine auszubilden.
Von besonderer Bedeutung für die praktische Verwirklichung der Erfindung ist auch die Frage der
Formgebung der Trennwände und der kreisenden Kolben. Die Aussparungen derselben wird man vorwie- gend so formen, dass die Kolben einen sichelförmigen Querschnitt haben. Dagegen wird man die Trenn- wände zwischen den Zylinderräumen vorwiegend mit einem zahnförmigen Querschnitt ausbilden, da die
Kinematik der Bewegung der kreisenden Kolben nach den Gesetzmässigkeiten einer Zykloide verläuft.
Die Formgebung des Querschnittes der Trennwände und der kreisenden Kolben bestimmt sich nach der gewählten Art der Abwälzbewegung. Hiefür gibt es verschiedene Möglichkeiten. So ist es einerseits denkbar, die Querschnitte der Trennwände so zu gestalten, dass sich der Kolben beim Überwechseln aus dem einen Arbeitsraum in den darauffolgenden mittels der Flanke seiner Aussparung an der Flanke der
Trennwand abwälzt. Anderseits kann auch ein besonderer Vorteil darin liegen, die Trennwände zwischen den Arbeitsräumen mit einem Querschnitt auszubilden, der sich nach dem Weg der Sichelspitzen des si- chelförmigen'Querschnittes des Kolbens bestimmt.
Die sich während des Überrollens des Kolbens über die Trennwand aneinander abwälzenden Flanken wird man bei der praktischen Ausbildung hinsichtlich der Art des verwendeten Materials und dessen Bearbeitung so gestalten, dass die miteinander zusammenwirkenden Teile Dichtstelle für das Arbeitsmittel bilden. Man kann in diesem Sinne noch nachhelfen, indem man die hiefür geeigneten Stellen, wie z. B. die Sichelspitzen des sichelförmigen Querschnittes des Kolbens aus elastischem Material oder federndbeweglich ausbildet oder beide Massnahmen für diese trifft.
Für die wirtschaftlich beste Gestaltung der nach der Erfindung ausgebildeten Maschine ist es vorteilhaft, den Querschnitt der kreisenden Kolben so zu gestalten, dass er eine möglichst schmale Sichel darstellt. Es ist zu beachten, dass die Kolben beim Überrollen der Trennwände in den unter dem Druck des Arbeitsmittels stehenden Arbeitsraum hinein bewegt werden, was ein Gegendrehmoment zur Folge hat.
Die Grösse dieses Gegendrehmomentes ist bei einem Kolben mit einem Querschnitt gemäss einer schmalen Sichel kleiner als bei einem solchen mit einem Querschnitt gemäss einer breiten Sichel.
Für die praktische Verwirklichung des Erfindungsgedankens ist es von ganz besonderem Vorteil, das beim Eintauchen des Kolbens in den unter Druck stehenden Arbeitsraum auftretende Gegendrehmoment zu kompensieren. Hiefür sieht die Erfindung zusätzlich vor, in der Trennwand einen vor-und zurückbeweglichen Schieber anzuordnen, der sich während des Überrollvorganges aus der Trennwand herausschiebt und hiedurch den Querschnitt des Arbeitsraumes, in den der Kolben hineinbewegt wird, vergrössert.
Für die Erzeugung der zwangläufig umlaufenden Bewegung der Kolben sind verschiedenartige Lösungen denkbar. So könnte diese Bewegung beispielsweise mit Hilfe von Seil- oder Kettentrieben bewirkt werden. Eine besonders exakt arbeitende Lösung sieht vor, an dem Teil der Maschine, der die Trennwände trägt, eine oder mehrere Verzahnungen anzuordnen, an der oder denen sich eine mit dem Kolben verbundene oder an diesem angebrachte Verzahnung abwälzt. Für die Erfindung ist es hiebei gleichgtiltig, ob die Verzahnung ausserhalb der Arbeitsräume oder in diesen angebracht ist. Im letzteren Falle wird die Verzahnung des die Trennwand tragenden Teiles durch die Trennwand unterbrochen.
Um diese Unterbrechungsstellen trotzdem in exakter Weise durch die Kolben zu überrollen, sieht die Erfindung vor, zwei der nach der Erfindung ausgebildeten Maschinen nebeneinander anzuordnen und sie gegeneinander in der Bewegungsrichtung zu versetzen, sowie die Kolben der einen Maschine zu kuppeln.
Hiedurch wird bewirkt, dass, während der Kolben der einen Maschine die Trennwand überrollt und hiebei seine Verzahnung verlässt, der mit ihm gekuppelte Kolben der andern Maschine sich im Bereich des Arbeitsraumes noch in der Verzahnung bewegt und so sicherstellt, dass der die Trennwand überrollende Kolben die Fortsetzung der Verzahnung in dem nachfolgenden Arbeitsraum in exakter Weise erreicht.
Im übrigen ist es auch im Sinne der Erfindung, zur Vergrösserung der Leistung, sofern es sich um eine Maschine mit umlaufender Bewegung handelt, zwei oder mehrere nach der Erfindung ausgebildete Maschinen konzentrisch ineinander anzuordnen und so miteinander zu kuppeln, dass sie eine Einheit bilden. Hiedurch lässt sich durch Zusammenfassen von Baugliedern der beiden Maschinen eine Einsparung an Material und Raumbedarf erzielen. Für die Erfindung ist es gleichgültig, welches der beiden miteinander zusammenwirkenden Teile der Maschine beweglich oder fest angeordnet ist. Vielfach ist es vorteilhaft, den die Trennwände tragenden Teil fest anzuordnen, da in diesem Falle nur feste Zu- und Ableitungen
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für das Arbeitsmittel benötigt werden.
Wird die Maschine als Kupplung für zwei umlaufende oder sonst- wie bewegliche Maschinen verwendet, so wird man sie so ausbilden, dass sowohl der die kreisenden Kol- ben tragende Teil als auch der andere Teil beweglich sind.
Den Lagerstellen der kreisenden Kolben kommt bei der nach der Erfindung ausgebildeten Maschine eine doppelte Aufgabe zu. Sie dienen einerseits als Tagstellen für die Kolben, anderseits wird über die- se Lagerstellen aber auch der Kraftfluss der Maschine geleitet. Bei der praktischen Verwirklichung des
Erfindungsgedankens wird man die Lagerstellen entsprechend dieser doppelten Funktion ausbilden und be- messen.
Es ist im Sinne der Erfindung, die vorbeschriebene Maschine nicht nur als umlaufende Maschine aus- zubilden. Die Erfindung sieht vielmehr auch vor, die Maschine mit geradlinig hintereinander angeordne- ten Arbeitsräumen und kreisenden Kolben oder auch mit in einer von einem Kreis abweichenden Kurve hintereinander angeordneten Arbeitsräumen auszubilden. Hiedurch ergibt sich eine wesentliche Erweite- rung des Anwendungsgebietes für die nach der Erfindung ausgebildete Maschine.
Für die nach der Erfindung ausgebildete Maschine sind vielerlei Verwendungsmöglichkeiten denkbar.
Sie kann z. B. als umlaufender oder geradlinig bewegter, hydraulischer oder pneumatischer Motor ver- wendet werden. Infolge der geringen baulichen Abmessungen bei gleichzeitig grossen Kraftwirkungen ist die Maschine z. B. besonders geeignet für die Verwendung als hydraulischer Stellmotor für die Verstel- lung der Laufrad- oder Leitschaufeln von Strömungsmaschinen.
Als Kraftmaschine für geradlinige Bewegungen kann die Maschine Druckstempel, Zugvorrichtungen od. dgl. ersetzen, u. zw. auch dann, wenn es sich darum handelt, grosse Wege zu überwinden. In diesem
Falle braucht nur der feststehende Teil der Maschine für die Länge des gesamten Verstellweges ausgebil- det zu werden, wogegen der bewegliche Teil lediglich nach dem Kraftbedarf zu bemessen ist.
Anderseits ist es denkbar, die Maschine als Pumpe, u. zw. sei es als Umlaufpumpe oder als Pumpe mit hin-und hergehender Bewegung zu verwenden.
Eine weitere, sehr zweckmässige Verwendungsmöglichkeit ist deren Verwendung als hydraulische
Kupplung. Solange sich in den Arbeitsräumen keine Flüssigkeit befindet, kann sich der bewegliche Teil ungehindert gegenüber dem feststehenden Teil bewegen. Wird dagegen Flüssigkeit in die Arbeitsräume eingeleitet, so kann eine Bewegung nur in dem Masse erfolgen, als Flüssigkeit durch den Auslass entwei- chen kann. Durch allmähliches Drosseln der Auslassöffnung kann ein allmähliches Kuppeln des bewegli- chen Teiles mit dem feststehenden Teil erfolgen. Bewegt sich auch der bislang als feststehend angenom- mene Teil, so kann die Maschine als Kupplung für zwei sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten be- wegende Maschinen dienen.
Aus dem Vorhergesagten ergibt sich sinngemäss der Einsatz der nach der Erfindung ausgebildeten Maschine als hydraulische, gegebenenfalls auch feinregulierbare Bremse. Aus der Verbindung zweier nach der Erfindung ausgebildeter Maschinen ergeben sich weitere Anwendungsmöglichkeiten. So ist es denkbar, eine derartige Maschine als Pumpe für eine Flüssigkeit zu betreiben und eine zweite als hydraulischen Motor, welcher von der als Pumpe betriebenen Maschine gespeist wird. Gegebenenfalls ist es zweckmässig, zwei derartig miteinander betriebene Maschinen zu einer Baueinheit zusammenzufassen und als Drehzahlwandler, Kraftwandler, Drehmomentwandler od. dgl. zu betreiben. Besondere Möglich- keiten hiefür gibt auch die Anordnung, bei der zwei nach der Erfindung ausgebildete Maschinen konzentrisch ineinander angeordnet sind.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit bietet sich, indem man die Maschine als Verbrennungskraftmaschine betreibt.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung, u. zw. stellt die Fig. 1 von einem Doppelsystem einen Radialschnitt durch eine der beiden nach der Erfindung ausgebildeten Maschinen mit umlaufender Bewegung dar. Die Fig. 2 zeigt ebenfalls einen Radialschnitt durch eine der beiden Maschinen im grösseren Massstab als Fig. 1, wogegen die Fig. 3 einen Axialschnitt durch dieses Doppelsystem veranschaulicht. Die Fig. 4 zeigt eine Anordnung, in der in einer Trennwand ein vor-und zuruckbeweglicher Schieber angeordnet ist. Die Fig. 5,5a und 5b zeigen eine Variante zu einer Maschine für geradlinige Bewegung.
In Fig. 1 stellt 1 den die Trennwände 5 tragenden Teil dar, der in diesem Falle als feststehend angenommen ist. 2 ist der die kreisenden Kolben 3 tragende bewegliche Teil der Maschine, die in diesem um die Mittelachse 4 drehbar gelagert sind. Die an dem feststehenden Teil 1 angeordneten Tragwände 5 begrenzen die in Umlaufrichtung hintereinander angeordneten Arbeitsräume 6. Die Kolben 3 weisen die Verzahnung 7 auf, die mit den Verzahnungen 8, die an Teil 1 angebracht sind, in Eingriff sind. Die Kolben 3 weisen die Aussparungen 9 auf, und diese Aussparungen sind so geformt, dass sich für die Kolben 3 ein sichelförmiger Querschnitt ergibt. Die Kolben 3 überrollen mittels der Aussparung 9 die zwischen den Arbeitsräumen 6 angeordneten Trennwände 5, wie es der rechts auf Fig. 1 dargestellte Kolben zeigt.
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Aus der Fig. 1 geht hervor, dass die Teilung für die kreisenden Kolben 3 kleiner ist als die Teilung für die Trennwände 5. Hiedurch wird bewirkt, dass sämtliche Arbeitsräume ständig an der Kraftwirkung teilhaben. Auch ist aus der Fig. 1, ebenso wie aus der später erläuterten Fig. 5, ersichtlich, dass die
Teilung für die kreisenden Kolben 3 mit der Teilung für die Trennwände 5 so abgestimmt ist, dass der
Einlass 14 des Arbeitsraumes 6 von dem Auslass 15 desselben stets durch mindestens einen kreisenden Kol- ben getrennt ist.
Die Trennwände 5 weisen einen zahnförmigen Querschnitt auf. Die Form der Zähne wird nach dem
Weg der Sichelspitzen des sichelförmigen Querschnittes. der Kolben 3 bestimmt. Es ist aber auch im Sin- ne der Erfindung, für das Überrollen der Trennwände 5 jede andere denkbare und zweckmässige Form für den Querschnitt der Kolben 3 und der Trennwände 5 vorzusehen, und jeden andern zweckmässigen Ab- wälzvorgang beim Überrollen der Trennwände anzuwenden. Nachdem im Falle der Fig. 1 die Form des
Querschnittes der Trennwände 5 nach dem Weg der Sichelspitzen 10 bestimmt ist, ist es auch sinngemäss, die Sichelspitzen 10 so auszubilden, dass sie mit den Flanken 11 eine wandernde Dichtstelle bilden. Zu diesem Zweck sind die Sichelspitzen der ganz rechts dargestellten Sichel jede einzelne für sich beweg- lich an den Kolben 3 angebracht.
Dies ist auf der Zeichnung durch eine Verzahnung 12 dargestellt.
Es ist denkbar, die Spitzen 10 mittels nicht dargestellter Federn gegenüber dem Körper des Kolbens 3 so abzufedern, dass sie sich unter dem Druck der Feder gegen die Flanken 11 anlegen. Hiedurch wird die Wirkungsweise der Dichtstellen zwischen den Sichelspitzen und den Flanken 11 erhöht.
Zur Erzielung einer ähnlichen Wirkung ist der in der Mitte der Fig. 1 dargestellte Kolben 3 geteilt ausgebildet. Er besteht aus dem die Verzahnung 7 tragenden Teil und dem Bauteil 13 mit den beiden Sichelspitzen. Bauteil 13 kann gegenüber dem andern Teil des Kolbens durch nicht gezeichnete Federn so abgefedert sein, dass die Sichelspitzen beim Überrollen der Trennwände 5 gegen deren Flanken 11 angedrückt werden.
Soll die Maschine nach Fig. 1 als hydraulischer Motor betrieben werden, so wird Druckflüssigkeit durch die Einlassöffnung 14 in den Arbeitsraum 6 eingelassen. Dies hat zur Folge, dass sich Teil 2 mit den Kolben nach links bewegt. Hiebei rollen die Kolben mittels ihrer Verzahnung 7 an der Verzahnung 8 des Teiles 1 ab.
Die Verzahnungen 8 sind im Bereich der Trennwände 5 unterbrochen. Beim Überrollen der Trennwände 5 verlässt demnach die Verzahnung 7 des Kolbens die Verzahnung 8. Damit hiedurch die Zwangsläufigkeit der Bewegung der Kolben 3 nicht unterbrochen wird, ist, wie in Fig. 1 angedeutet, neben der im Schnitt gezeichneten Maschine noch eine zweite angeordnet, die in der Bewegungsrichtung gegenüber der ersteren versetzt ist und deren Kolben mit je einem Kolben der im Schnitt gezeichneten Maschine, wie Fig. 2 näher zeigt, gekuppelt ist. Die Andeutung, dass neben der im Schnitt gezeichneten Maschine noch eine zweite vorhanden ist, ist in der Fig. 1 durch Einzeichnung von Trennwänden 16 erfolgt, die gestrichelt dargestellt sind und gegenüber den Trennwänden 5 um eine halbe Trennwandteilung versetzt sind.
Im übrigen veranschaulichen die Fig. 2 und 3 in genauerer Darstellung die Zusammenfassung zweier Maschinen zu einer Einheit. Während Fig. 2 einen Radialschnitt durch eine der beiden Maschinen der Doppelanordnung zeigt, stellt Fig. 3 einen Axialschnitt durch ein derartiges Doppelsystem dar. Der im Schnitt gezeichnete Kolben 3 mit der Verzahnung 7 ist mit dem gestrichelt gezeichneten Kolben 3a der andern Maschine der Doppelanordnung, der die Verzahnung 7a aufweist, verbunden, und die beiden Kolben sind hiebei entsprechend der Darstellung der Fig. 2 gegeneinander versetzt. Hiedurch erfährt die Verzahnung 7 des einen Kolbens ihre Ergänzung durch die Verzahnung 7a des andern Kolbens.
In ähnlicher Weise erfährt die Verzahnung 8 der einen Maschine der Doppelanordnung ihre Ergänzung durch die Verzahnung 8a der zweiten Maschine.
Der Axialschnitt der Doppelanordnung nach Fig. 3 zeigt die Verbindung der Kolben 3 und 3a zu einer Einheit. 17 sind die Aussenlager, 18 die Innenlager für die Kolben 3,3a. Die Innenlager 18 könnten auch zu einer Einheit zusammengefasst sein, wodurch sich eine weitere Wirtschaftlichkeit ergibt.
Die Fig. 4 zeigt die Anordnung, bei der in der Trennwand 5 ein vor-und zurückbeweglicher Schieber 19 angeordnet ist. Der Schieber 19 steht unter der Einwirkung der Druckfeder 20. Der Kopf des Schiebers 19 besitzt eine Einlage 21 aus zu Dichtungszwecken besonders geeignetem Material, das auch elastischer Natur sein kann.
Die Feder 20 drückt den Schieber 19 ständig aus der Trennwand 5 heraus, u. zw. entweder gegen die Wand 22 der Arbeitsräume 6 oder, beim Überrollen der Trennwand 5 durch den Kolben 3, gegen die Wandung 23 der Aussparung des Kolbens 3. Die Sichel des Kolbens 3 ist gegenüber den Darstellungen der Fig. 1 und 2 schmäler gehalten. Auch zeigt die Fig. 4, dass den Sichelspitzen in diesem Falle keine dichtende Aufgabe zufällt.
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14 ist wiederum der Einlass für das Arbeitsmittel, 15 der Auslass.
Durch die schmale Ausbildung der Sichel des Kolbens 3 verringert sich das Gegendrehmoment des Arbeitsmittels beim Eintauchen des Kolbens 3 in den links auf der Fig. 4 dargestellten Arbeitsraum 6.
Die Fig. 4 zeigt weiter, dass durch den Schieber 19 während des Überrollens die Trennwand eine radiale Vergrösserung erhält. Nachdem die Sichelspitzen keine dichtende Verbindung mit den Flanken der Wände 5 bilden, kann Arbeitsmittel in den Raum unter der Aussparung des Kolbens 3 eintreten. Der auf den oberen Teil der Flanke 23 des Kolbens 3 wirksam werdende Druck dieses Arbeitsmittels vermittelt Teil 2 ein zusätzliches Drehmoment und bewirkt hiedurch eine Kompensation des auf Teil 3 wirksamen Gegendrehmomentes. Demnach wird durch den Schieber 19 der Querschnitt des Arbeitsraumes in ausgeschobenem Zustand vergrössert.
Die Fig. 5, 5a und 5b veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel für den Fall, dass die Maschine für geradlinige Bewegungen ausgebildet wird. Die Fig. 5 stellt einen Schnitt nach der Schnittlinie A/A dar, die Fig. 5a zeigt den Schnitt B/B und die Fig. 5b den Schnitt C/C durch eine derartige Maschine. Bei dieser Anordnung dürfen die Einlässe 14 und die Auslässe 15 für das Arbeitsmittel nur im Bereich des beweglichen Teiles 2 sein. Zu diesem Zweck müssen die Einlässe 14 und die Auslässe 15 durch Teil 2 gesteuert werden. Ein Ausführungsbeispiel für diese Steuerung geben die Fig. 5a und 5b wieder.
In den Figuren bedeuten 24 Zylinderschieber für die Steuerung der Einlässe 14 bzw. Auslässe 15. Die Zylinderschieber 24 weisen die Bohrungen 25 auf. Die Zylinderschieber stehen einerseits über die Stange 26 und den Federteller 27 unter der Einwirkung der Druckfeder 28. Diese stellt die Zylinderschieber 24, solange sie ausserhalb des Bereiches von Teil 2 sind, in eine Stellung, in der die Bohrung 25 im Zuge der in der Längsrichtung von Teil 1 verlaufenden Kanäle 14a und 15a steht. In dieser Stellung versperrt der Zylinderschieber 24 gleichzeitig die Einlässe 14 und Auslässe 15 für das Arbeitsmittel. Anderseits ist mit dem Schieber 24 über die Stange 29 das Kurvenstück 30 verbunden. Das Kurvenstück 30 wirkt mit dem am Teil 2 angebrachten Schaltlineal 31 zusammen.
Durch Auflaufen des Schaltlineals 31 auf das Kurvenstück 30 wird der Zylinderschieber 24 in die auf den Fig. 5a und 5b dargestellte Stellung bewegt. In diesem Zustand sind die Einlasskanäle 14 und die Auslasskanäle 15 mit den Zuführungsleitungen 14a und 15a verbunden. Somit sind die Einlässe 14 und die Auslässe 15 nur solange geöffnet, solange sie sich im Bereich von Teil 1 befinden.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Als Motor, Pumpe, Kupplung od. dgl. verwendbare Maschine mit mehreren, hintereinander angeordneten Arbeitsräumen und mit Drehschiebern, die bei der Bewegung zwangläufig so umlaufend bewegt werden, dass sie die zwischen den einzelnen Arbeitsräumen befindlichen Flügelkolben mittels Aussparungen überrollen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender, an sich bekannter Merkmale : a) dass die Drehschieber (3) als mit je einer Aussparung versehene Wälzkörper ausgebildet sind, und b) dass die Teilung für die Drehschieber kleiner als die Teilung für die Flügelkolben (5) ist.
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Machine that can be used as a motor, pump, coupling or the like
Rotary piston machines with several working spaces arranged one behind the other in the direction of movement are known, in which the pistons are provided with recesses and rotate around their axis
Rotary slides are formed which, when the machine part carrying them is rotated, are inevitably moved in such a way that they roll over the recess of the vane pistons located between the individual working spaces.
Some of the known arrangements have as many or fewer rotary valves than work spaces, i. H. the pitch for the rotary valve is equal to or greater than the pitch for the vane piston. This has the following disadvantages:
If the pitch for the rotary valve is larger than that for the wing pistons, not all of them are constant
Work areas of the machine in operation.
If the pitch for the rotary valve is the same as the pitch for the valve piston, then all of them roll over
Rotary valve the wing pistons always at the same time. This causes the uneven operation of the
Machine. In addition, these arrangements require controlled inlets and outlets, since during the rollover process there is no rotary valve separating the inlet from the outlet between the inlet located at the beginning of the working space and the outlet located at the end for the working medium.
On the other hand, an arrangement has also become known in which the pitch for the rotary valve is smaller than the pitch for the wing pistons.
In this arrangement, however, the rotary valve has two recesses for the wing pistons to roll over. However, this has a number of disadvantages compared to the arrangement on which the present invention is based, in which the rotary slide valves have only one recess:
When the rotary valve is designed with two recesses, the diameter of the rotary valve is twice as large as the diameter of the rotary valve with one recess. This means that the entire machine diameter is enlarged.
Since they are diametrically opposed to one another, the depth of the recesses can only be smaller than the radius of the rotary valve. This results in a correspondingly large counter-torque when the rotary slide valve is immersed in the pressure chamber. In contrast, the arrangement according to the present invention provides in particular to make the recess as deep as possible in order to keep this counter-torque, which occurs during each rollover process, as small as possible. This results, on the one hand, in a reduction in the degree of irregularity of the machine and, on the other hand, in a smaller dimensioning thereof, since only a small counter-torque needs to be compensated for by correspondingly increasing the machine dimensions.
In the arrangement with rotary valves with a small diameter, the duration of the rollover process is also shorter than with large rotary valves, i.e. H. the harmful space of the machine is smaller.
In addition, the pressure exerted by the working means on the mounting of the rotary valve is lower in the case of small rotary valves than in the case of those with a large diameter.
The inventive proposal avoids these disadvantages by providing the rotary slide valve with only one recess and making the pitch for the rotary slide valve smaller than the pitch for the vane piston.
Is it therefore on the one hand within the meaning of the invention, the division for the rotating piston with the
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To coordinate the division for the partition walls in such a way that the inlet of the working space is always separated from the outlet of the same by at least one rotating piston, on the other hand, so that the required number of rotating pistons is still as low as possible, the aim is to have their division possible - to be kept as large as possible. This can be achieved by making the harmful space as small as possible. The invention therefore also provides for the partition walls between the work spaces to be designed as supports for the inlet and outlet channels for the machine's work equipment.
Of particular importance for the practical implementation of the invention is also the question of
Shaping of the partitions and the rotating pistons. The recesses of the same are mainly shaped so that the pistons have a sickle-shaped cross section. On the other hand, the partition walls between the cylinder spaces will predominantly have a tooth-shaped cross-section, since the
Kinematics of the movement of the rotating pistons runs according to the laws of a cycloid.
The shape of the cross section of the partition walls and the rotating pistons is determined by the type of rolling movement selected. There are various ways of doing this. On the one hand, it is conceivable to design the cross-sections of the partition walls in such a way that the piston moves from one working space to the next by means of the flank of its recess on the flank of the
Rolling partition wall. On the other hand, there can also be a particular advantage in designing the partition walls between the working spaces with a cross section which is determined by the path of the sickle tips of the sickle-shaped cross section of the piston.
The flanks rolling against one another while the piston rolls over the partition will be designed in practical training with regard to the type of material used and its processing so that the interacting parts form a sealing point for the working medium. You can still help in this regard by looking at the appropriate places, such as B. forms the sickle tips of the sickle-shaped cross section of the piston made of elastic material or resiliently movable or takes both measures for this.
For the economically best design of the machine designed according to the invention, it is advantageous to design the cross section of the rotating pistons so that it represents the narrowest possible sickle. It should be noted that when rolling over the partition walls, the pistons are moved into the working space under pressure from the working medium, which results in a counter-torque.
The magnitude of this counter torque is smaller in the case of a piston with a cross section according to a narrow sickle than in the case of a piston with a cross section according to a broad sickle.
For the practical implementation of the inventive concept, it is particularly advantageous to compensate for the counter-torque that occurs when the piston plunges into the pressurized working space. For this purpose, the invention additionally provides for a slide which can be moved back and forth to be arranged in the partition wall, which slide is pushed out of the partition wall during the roll-over process and thereby increases the cross section of the working space into which the piston is moved.
Various solutions are conceivable for generating the inevitable rotating movement of the pistons. For example, this movement could be brought about with the help of rope or chain drives. A particularly precise solution provides for one or more toothings to be arranged on the part of the machine that carries the partition walls, on which or on which a toothing connected to the piston or attached to it rolls. For the invention, it is irrelevant whether the toothing is attached outside the working spaces or in them. In the latter case, the toothing of the part carrying the partition is interrupted by the partition.
In order to nevertheless overrun these interruption points in an exact manner by the pistons, the invention provides for two of the machines designed according to the invention to be arranged next to one another and to offset them against one another in the direction of movement, as well as to couple the pistons of one machine.
This has the effect that while the piston of one machine rolls over the partition wall and leaves its teeth, the piston of the other machine coupled to it still moves in the toothing in the area of the work space and thus ensures that the piston rolling over the partition wall does Continuation of the toothing in the subsequent work area achieved in an exact manner.
In addition, it is also within the meaning of the invention to increase the performance, provided that it is a machine with rotating movement, to arrange two or more machines designed according to the invention concentrically one inside the other and to couple them together so that they form a unit. As a result, by combining the components of the two machines, a saving in material and space requirements can be achieved. For the invention it does not matter which of the two interacting parts of the machine is movably or fixedly arranged. In many cases it is advantageous to firmly arrange the part carrying the partition walls, since in this case only fixed supply and discharge lines
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are required for the work equipment.
If the machine is used as a coupling for two rotating or otherwise moving machines, it will be designed in such a way that both the part carrying the rotating pistons and the other part are movable.
The bearing points of the rotating pistons have a double task in the machine designed according to the invention. On the one hand they serve as day points for the pistons, on the other hand the power flow of the machine is also conducted via these bearing points. In the practical implementation of the
According to the invention, the bearing points will be designed and dimensioned according to this dual function.
It is within the meaning of the invention to design the machine described above not only as a rotating machine. Rather, the invention also provides for the machine to be designed with work spaces arranged in a straight line one behind the other and rotating pistons or with work spaces arranged one behind the other in a curve deviating from a circle. This results in a significant expansion of the field of application for the machine designed according to the invention.
Many possible uses are conceivable for the machine designed according to the invention.
You can z. B. can be used as a rotating or linearly moving, hydraulic or pneumatic motor. As a result of the small structural dimensions with simultaneously large forces, the machine is z. B. particularly suitable for use as a hydraulic servomotor for adjusting the impeller or guide vanes of flow machines.
As a prime mover for linear movements, the machine can replace pressure rams, pulling devices or the like, and the like. also when it comes to overcoming great distances. In this
In the case, only the fixed part of the machine needs to be designed for the length of the entire adjustment path, whereas the movable part is only to be dimensioned according to the force required.
On the other hand, it is conceivable to use the machine as a pump, u. to be used either as a circulation pump or as a pump with a reciprocating motion.
Another very useful use is as hydraulic
Coupling. As long as there is no liquid in the working space, the moving part can move unhindered in relation to the stationary part. If, on the other hand, liquid is introduced into the working spaces, movement can only take place to the extent that the liquid can escape through the outlet. Gradual throttling of the outlet opening enables gradual coupling of the movable part to the fixed part. If the part previously assumed to be stationary also moves, the machine can serve as a coupling for two machines moving at different speeds.
From the foregoing, the use of the machine designed according to the invention as a hydraulic, optionally also finely adjustable brake results correspondingly. The connection of two machines designed according to the invention results in further possible applications. It is conceivable to operate such a machine as a pump for a liquid and a second as a hydraulic motor, which is fed by the machine operated as a pump. It may be useful to combine two machines operated with one another in this way to form a structural unit and to operate them as a speed converter, force converter, torque converter or the like. The arrangement in which two machines designed according to the invention are arranged concentrically one inside the other also offer special possibilities for this.
Another possible application is to operate the machine as an internal combustion engine.
The drawing shows, for example, embodiments of the subject matter of the invention, u. 1 shows a radial section of a double system through one of the two machines designed according to the invention with revolving motion. FIG. 2 also shows a radial section through one of the two machines on a larger scale than FIG. 1, whereas FIG 3 illustrates an axial section through this double system. FIG. 4 shows an arrangement in which a slide which can be moved forward and backward is arranged in a partition. FIGS. 5, 5a and 5b show a variant of a machine for linear movement.
In Fig. 1, 1 represents the part carrying the partition walls 5, which in this case is assumed to be stationary. 2 is the moving part of the machine which carries the rotating pistons 3 and which are rotatably mounted in this about the central axis 4. The supporting walls 5 arranged on the stationary part 1 delimit the working spaces 6 arranged one behind the other in the direction of rotation. The pistons 3 have the toothing 7 which is in engagement with the toothing 8 which are attached to part 1. The pistons 3 have the recesses 9, and these recesses are shaped such that the pistons 3 have a sickle-shaped cross section. The pistons 3 roll over the partition walls 5 arranged between the working spaces 6 by means of the recess 9, as the piston shown on the right in FIG. 1 shows.
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From FIG. 1 it can be seen that the division for the rotating pistons 3 is smaller than the division for the partition walls 5. This has the effect that all working spaces constantly participate in the force. It can also be seen from FIG. 1, as well as from FIG. 5 explained later, that the
The division for the rotating piston 3 is matched with the division for the partition walls 5 so that the
The inlet 14 of the working space 6 is always separated from the outlet 15 of the same by at least one rotating piston.
The partition walls 5 have a tooth-shaped cross section. The shape of the teeth will be according to the
Path of the sickle tips of the sickle-shaped cross-section. the piston 3 is determined. However, it is also within the meaning of the invention to provide any other conceivable and expedient shape for the cross-section of the pistons 3 and the partitions 5 for rolling over the partition walls 5, and to use any other expedient rolling process when rolling over the partition walls. After in the case of Fig. 1 the shape of the
Cross-section of the partition walls 5 is determined according to the path of the sickle tips 10, it is also analogous to design the sickle tips 10 so that they form a moving sealing point with the flanks 11. For this purpose, the sickle tips of the sickle shown on the far right are each attached individually to the piston 3 so that they can move.
This is shown in the drawing by a toothing 12.
It is conceivable for the tips 10 to be cushioned with respect to the body of the piston 3 by means of springs (not shown) in such a way that they rest against the flanks 11 under the pressure of the spring. This increases the effectiveness of the sealing points between the sickle tips and the flanks 11.
To achieve a similar effect, the piston 3 shown in the middle of FIG. 1 is designed to be divided. It consists of the part carrying the toothing 7 and the component 13 with the two sickle tips. Component 13 can be cushioned with respect to the other part of the piston by springs (not shown) in such a way that the sickle tips are pressed against their flanks 11 when they roll over the partition walls 5.
If the machine according to FIG. 1 is to be operated as a hydraulic motor, pressurized fluid is let into the working space 6 through the inlet opening 14. As a result, part 2 moves with the pistons to the left. The pistons roll on the toothing 8 of the part 1 by means of their toothing 7.
The teeth 8 are interrupted in the area of the partition walls 5. When rolling over the partition walls 5, the toothing 7 of the piston leaves the toothing 8. So that the inevitability of the movement of the piston 3 is not interrupted, as indicated in FIG. 1, a second machine is arranged next to the machine shown in section, which is offset in the direction of movement with respect to the former and its piston is coupled to one piston each of the machine shown in section, as shown in more detail in FIG. 2. The indication that a second machine is also present in addition to the machine shown in section is made in FIG. 1 by drawing in partition walls 16, which are shown in dashed lines and are offset from partition walls 5 by half a partition wall division.
Furthermore, FIGS. 2 and 3 illustrate in more detail the combination of two machines into one unit. While Fig. 2 shows a radial section through one of the two machines of the double arrangement, Fig. 3 shows an axial section through such a double system. The piston 3 shown in section with the toothing 7 is with the dashed piston 3a of the other machine of the double arrangement, which has the toothing 7a, and the two pistons are offset from one another as shown in FIG. As a result, the toothing 7 of one piston is supplemented by the toothing 7a of the other piston.
In a similar way, the toothing 8 of one machine of the double arrangement is supplemented by the toothing 8a of the second machine.
The axial section of the double arrangement according to FIG. 3 shows the connection of the pistons 3 and 3a to form a unit. 17 are the outer bearings, 18 are the inner bearings for the pistons 3, 3 a. The inner bearings 18 could also be combined into a unit, which results in further economic efficiency.
4 shows the arrangement in which a slide 19 that can move back and forth is arranged in the partition wall 5. The slide 19 is under the action of the compression spring 20. The head of the slide 19 has an insert 21 made of a material which is particularly suitable for sealing purposes and which can also be elastic in nature.
The spring 20 constantly pushes the slide 19 out of the partition 5, u. between either against the wall 22 of the working spaces 6 or, when the piston 3 rolls over the partition 5, against the wall 23 of the recess of the piston 3. The sickle of the piston 3 is kept narrower compared to the representations in FIGS. 4 also shows that the sickle tips have no sealing task in this case.
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14 is again the inlet for the working fluid, 15 the outlet.
Due to the narrow design of the sickle of the piston 3, the counter torque of the working medium decreases when the piston 3 plunges into the working space 6 shown on the left in FIG. 4.
FIG. 4 further shows that the partition wall is radially enlarged by the slide 19 while it is being rolled over. Since the sickle tips do not form a sealing connection with the flanks of the walls 5, working fluid can enter the space under the recess in the piston 3. The pressure of this working medium acting on the upper part of the flank 23 of the piston 3 provides part 2 with an additional torque and thereby compensates for the counter-torque acting on part 3. Accordingly, the cross section of the working space in the extended state is enlarged by the slide 19.
FIGS. 5, 5a and 5b illustrate an exemplary embodiment for the case in which the machine is designed for linear movements. FIG. 5 shows a section along section line A / A, FIG. 5a shows section B / B and FIG. 5b shows section C / C through such a machine. With this arrangement, the inlets 14 and the outlets 15 for the working medium may only be in the area of the movable part 2. For this purpose, the inlets 14 and the outlets 15 must be controlled by part 2. An exemplary embodiment for this control is shown in FIGS. 5a and 5b.
In the figures, 24 denote cylinder slides for controlling the inlets 14 and outlets 15. The cylinder slides 24 have the bores 25. The cylinder slides are on the one hand via the rod 26 and the spring plate 27 under the action of the compression spring 28. This puts the cylinder slide 24, as long as they are outside the area of part 2, in a position in which the bore 25 in the course of the longitudinal direction of part 1 extending channels 14a and 15a is. In this position, the cylinder slide 24 simultaneously blocks the inlets 14 and outlets 15 for the working medium. On the other hand, the cam piece 30 is connected to the slide 24 via the rod 29. The curve piece 30 interacts with the indexing ruler 31 attached to the part 2.
When the indexing ruler 31 hits the curve piece 30, the cylinder slide 24 is moved into the position shown in FIGS. 5a and 5b. In this state, the inlet channels 14 and the outlet channels 15 are connected to the supply lines 14a and 15a. Thus the inlets 14 and the outlets 15 are only open as long as they are in the area of part 1.
PATENT CLAIMS: 1. As a motor, pump, coupling or similar machine with several working spaces arranged one behind the other and with rotary slides that are inevitably moved in such a way that they roll over the vane pistons located between the individual working spaces by means of recesses by combining the following, known features: a) that the rotary slide valve (3) are designed as rolling elements each provided with a recess, and b) that the pitch for the rotary slide valve is smaller than the pitch for the vane piston (5).