Rotationskoläenmaschine. Die Erfindung bezieht sich auf eine Ro- tationskolbenmaschine mit zwei in einem Zylinder angeordneten, um die gleiche geo metrische Achse drehbaren Kolben. Die Maschine kennzeichnet sich dadurch, dass die Kolben mit einem Maschinenteil, das um eine im Abstand von der ersten Achse liegende zweite Achse drehbar ist, durch in dem Ma schinenteil verschiebbare Organe gelenkig verbunden sind.
Eine Regelung der Maschine ist vorteil haft zum Beispiel dadurch erzielbar, dass eine der Achsen gegen die andere verstellt werden kann. Diese verstellbare Achse kann dann auch vorteilhaft unter den Einfluss einer selbsttätigen Regelvorrichtung, z. B. einer Feder, gestellt sein.
In der Zeichnung sind beispielsweise Aus führungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine mit zwei Rotationskörpern ausgebildete Rota tionskolbenmaschine im Schnitt nach I-I der Fig. 3; Fig. 2 und 3 zeigen Seitenrisse derselben Maschine von zwei Seiten aus;
Fig. 4 zeigt in einem Diagramm die Kulisse mit verschiedenen Armstellungen, Fig. 5 ebenfalls in einem Diagramm die Kulisse in verschiedenen Abständen a; Fig. 6 zeigt als eine andere Ausführungsform der Rotations- kolbenmaschine ein Getriebe und Fig. 7 einen Kompressor; Fig. 8 stellt in den vier Dar stellungen die verschiedenen Phasen einer Kraftmaschine dar;
Fig. 9 und 10 zeigen eine Ausbildung einer Maschine im Schnitt, sowie im Seitenriss mit einem Ringraum am Gehäuse und schliesslich Fig. 11 und 12 zwei verschiedene Ausführungsformen für die Kompressionsregulierung.
Bei allen Ausführungsformen weist die Rotationskolbenmaschine, wie aus der Zeich nung hervorgeht, einen Zylinder bezw. ein Ge häuse 1 mit einem Eintrittskanal 2 und einem Austrittskanal 3 auf. In dem Gehäuse 1 sind zwei um eine gemeinsame geometrische Achse rotierende Kolben (Rotationskörper) 4, 5 an geordnet. Der Kolben 4 ist mittels der Platte 9 mit der Hohlwelle 7 (Fig. 1), die auf der Vollwelle 6 drehbar gelagert ist., verbunden, während der Kolben 5 auf der Vollwelle 6 aufgekeilt ist.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 9 und 10 laufen -die beiden Kolben 4 und 5 in einem Ringraum des Ge häuses 1. Die Kolben stehen direkt mit der Kulisse 14 in Verbindung, so dass die beson dere Anordnung einer Hohlwelle erspart werden kann. Am aussenliegenden Ende trägt sowohl die Vollwelle 6, als auch die Hohl welle 7 je einen Arm 10 und 11. Diese Arme 10 und 11 haben an ihren Enden je einen Kurbelzapfen 12, der in einem Stein 13 ge lenkig gelagert ist. Die beiden Steine 13 liegen verschiebbar in einem Maschinenteil bezw. in der Kulisse 14, die mit dem Zapfen 15 einer Welle im Lager 16 drehbar ange ordnet ist.
Diese letztere Welle, die die Kol ben antreibt, dient als Antriebswelle der Maschine. Die beiden Arme 10 und 11 und damit auch die beiden Kolben 4 und 5 um schliessen einen Winkel Alpha. (a), dessen Grösse vom Abstand a der Achse des Zapfens 15 von der Welle G bezw. 7 abhängig ist. Wird nämlich die Kulisse 14 gedreht (Fig. 4), so werden die Steine 13 und somit auch die Zapfen 12 mitgenommen. An Stelle der gleitenden Organe (Steine) können auch Rol len oder dergleichen verwendet werden. Hier bei ändern sich die momentanen Winkel geschwindigkeiten der Arme 10 und 11 dauernd, die auch stets für die Arme ver schieden sind.
Bei der Anfangslage A-A (Fig. 4) der Kulisse 14 schliessen die Arme 10 und 11 infolge der Steinlage 1-1 den kleinsten Winkel Alpha ein, liegen also ein ander am nächsten. Bei Drehung der Ku lisse in der Richtung des Pfeils in die Lage A2-A2 erhält der Arm 11 eine grössere und der Arm 10 eine kleinere Winkelgeschwin digkeit, wodurch der Arm 11 voreilt. Es wird also die Lage der Arme bei der Kulissen stellung A2-.42, 2-I1, bei der Stellung der Kulisse A3-A3, 3-11I, und schliesslich bei der Stellung der Kulisse A4-A4, 4-1V sein.
Nach einer halben Umdrehung der Ku lisse wird der kleinste Winkel Alpha wieder ereieht, jedoch unter Lagenvertauschung der Arme 10 und 11, das heisst, dass der vorher links gelegene Arm 11 nach einer halben Umdrehung der Kulisse rechts zu liegen kommt und umgekehrt. Da die Kolben mit den Armen in starrer Verbindung sind und sie bei der Ausgangsstellung A-A der Ku lisse den gleichen Winkel Alpha einschlie ssen, gilt für ihre gegenseitige Lage das glei che wie für die Arme 10 und<B>11.</B>
Es zeigt sich, dass durch die Voreilung des einen Kolbens 4 gegenüber dem andern Kolben 5, der vor dem Kolben 5 liegende, bis zum Kolben 4 reichende Raum vergrö ssert wird und somit zum Beispiel bei einer Pumpe ein Ansaugen bewirkt wird. Wäh rend also der Arm 10 (Fig. 4) bei einer hal ben Kulissenumdrehung von I nach 1 (Win kel Alpha) läuft und dementsprechend der Kolben 5 (Fig. 2) auf die Anfangsstelle des Kolbens 4 zu liegen kommt (Winkel Alpha). durchläuft der Arm 11 den Bogen 1-I und der Kolben 4 tritt an die frühere Stelle des Kolbens 5, das ist, dreht sich um einen Win kel (360 - Alpha).
Der vor dem Kolben 5 liegende Winkelraum wird also von Alpha auf (360 '-Winkel Alpha) vergrössert und der hinter ihm liegende Winkelraum von (3G0 - 'inkel Alpha) auf Winkel Alpha ver kleinert. Im ersteren dieser beiden Arbeits räume entsteht somit eine Saugwirkung und im letzteren eine Druckwirkung. Die Ma schine arbeitet also wie eine doppelt wir kende Kolbenpumpe und kann zwei- und mehrstufig gebaut werden. Bei Umkehrung der Drehrichtung werden die Funktionen der Kanäle 2 und 3 vertauscht. Diese Darstel lung bezieht sich vornehmlich auf eine Ro- t.ationskolbenpumpe.
Die Regulierung der Maschine erfolgt zum Beispiel in einfachster Weise durch Än derung des Abstandes a der Achse des Zap fens 15 von der Achse der Wellen 6 und 7. Auf diese Weise kann die Liefermenge der Pumpe geändert werden. Bei Verkleinerung des Abstandes a wird der Winkel Alpha grö- sser und der Winkel (360 '-Winkel Alpha) kleiner, somit wird auch die Vergrösserung bezw. Verkleinerung der Arbeitsräume zwi schen den Kolben 4 und 5 derart geändert, dass eine kleinere Menge angesaugt und da durch auch eine geringere Menge gefördert wird.
Durch die Verstellung des Lagers 1.6 kann also sogar während des Betriebes der Pumpe die Liefermenge geregelt werden (Fig. 5). Bei Verringerung des Abstandes a auf a2 ändert sich nämlich der Winkel von Winkel Alpha auf Alpha 2. Wird der Ab stand gleich Null, fallen also die Achsen der Zapfen 15 und der Welle 6 und 7 zusam men, so werden sowohl Winkel Alpha, als auch (360'-Winkel Alpha), je l80'. In die sem Falle rotieren die Kolben mit konstan ter Winkelgeschwindigkeit. Es entsteht also keine Relativbewegung zwischen den Kol ben, es wird also nicht gefördert, keine Lei stung erzielt, es tritt Leerlauf ein.
Durch Verschiebung des Lagers 16 bezw. dessen Achse kann also auch während des Laufes der Pumpe deren Liefermenge von Null bis zum Maximum geregelt werden. Diese Re gulierung kann sowohl von Hand, als auch automatisch geschehen. Die automatische Re gulierung kann zum Beispiel erfolgen, indem man die verstellbare Achse unter den Ein fluss einer selbsttätigen Regelvorrichtung bringt. Soll ein Maximaldruck eingestellt werden, so setzt man das Lager 16 zum Bei spiel unter einen vorher einstellbaren Feder druck. Bei unzulässiger Druckerhöhung wird dann die Drehachse der Kulisse entgegen dem Federdruck in eine Stellung gehen, die einer geringeren Fördermenge entspricht.
Die einfache Regulierungsmöglichkeit der Rotationskolbenmaschine durch einfache Ver schiebung des Kulissenlagers 16 während des Betriebes erlaubt die Anwendung der Ma schine als hydraulisches Getriebe (Fix. 6). Dieses wird durch Hintereinanderschaltung zweier Maschinen gebildet, wobei die eine als Pumpe, also als angetriebener Primärteil (Generator), die andere Maschine als Sekun därteil (hydraulischer Motor) arbeitet.
Vor- teilhaft werden konstruktiv beide Teile in einem einzigen Aggregat vereinigt. Durch Verschiebung der Achse des Zapfens 15 un ter die Achse der Wellen 6 und 7 entsteht ein Abstand der beiden Achsen a, der ein gestellt wird, wenn beim hydraulischen Ge triebe Rücklauf angestrebt wird, in welchem Falle auch die Ein- und Austrittskanäle ihre Funktion vertauschen müssen.
Ein besonderes Übel der Rotationskolben kompressoren ist der verhältnismässig grosse schädliche Raum. Durch Ausbildung der Kolben 4 und 5 als greisringausschnitte (Fig. 7) besteht nun die Möglichkeit, diese schädlichen Räume praktisch vollkommen zu vermeiden, das heisst die sich gegenüberlie genden Flächen der Kolben 4 und 5 können sich bei kleinstem Winkel Alpha berühren. Infolge der durch die Konstruktion gegebenen grossen abdichtenden Flächen, die auch bei kleinen Rotationskolbenkompressoren an bringbar sind,
und infolge der guten Küh lungsmöglichkeiten können ausserordentlich hohe Drücke erreicht werden, wobei auch mehrstufige Anordnungen naturgemäss mög lich sind. Die Kolben 4 und 5 können über dies auch noch Innenkühlung erhalten.
In der Fig. 11 ist zur Behebung der sich ungünstig auswirkenden zu hohen Vorkom- pression eine Lösung zur Regelung derselben ersichtlich. In einer Ausnehmung des Ge häuses 1 ist bei der Austrittsöffnung 3 ein. Schieber 18 angeordnet, welcher mehr oder weniger im Sinne der Pfeilrichtung 19 vor geschoben werden kann.
Bei der Ausbildung in Fig. 12 ist eben falls im Gehäuse ein Schlitz 17 mit einem in demselben beweglichen Schieber 18 ange ordnet, der sich wieder im Sinne des Pfeils 19 nach beiden Richtungen bewegen kann. Zwischen dem Schlitz 17 und dem Zylinder innenraum ist jedoch eine Reihe von Öffnun gen 20 angeordnet, die durch den erwähnten Schieber 18 mehr oder weniger abgedeckt wird. Auf diese Weise wird mit Hilfe .der Öffnungen 20 die Vorkompression ebenfalls früher oder später beendet, je nachdem, ob der Schieber 1.8 die Öffnungen 20 mehr oder weniger verdeckt.
Bei Verwendung einer Rota.tionskolben- maschine nach den Fig. 1 bis 3 als Dampf maschine ist vor allem der Vorteil gegeben, dass keine Füllungsregulierung durch Schie ber, Schlitze oder Ventilbeeinflussungen er forderlich ist, da die Möglichkeit der Fül lungsregulierung in einfacher 'N@'eise mit der Kulissenzapfenverstellung unter Zuhilfe nahme eines Reglers vorhanden ist.
In Fig. 8 der Zeichnung sind die Takt verhältnisse für einen Benzinmotor aufge zeigt. Die Takte sind im beginnenden Aus einandergehen bezw. endigenden Zusammen gehen der Kolben 4 und 5 dargestellt, wobei ein Takt einer halben Kulissenumdrehung entspricht.
Takt 1: In dem ersten Bild ist im Raum A zwischen den Kolben 4, 5 Auspuffende und folgender Ansaugebeginn. Im Raume B zwischen den Kolben 4, 5 ist Explosionsende und Auspuffbeginn.
Takt 2: Im zweiten Bild ist im Raum B zwischen den Kolben 4, 5 Auspuffende und Ansaugebeginn. In A ist Ansaugende und Kompressionsbeginn.
Takt 3: In dem dritten Bild ist in A Kompressionsende und Explosionsbeginn. In B ist Ansaugende und Kompressionsbeginn.
Takt 4: In dem vierten Bild ist in B Kompressionsende und Explosionsbeginn. In A ist Explosionsende und Auspuffbeginn.
Die Steuerung der Einlass- und Auspuff kanäle erfolgt hierbei durch Selbststeuerung oder unter Anwendung der an sich bekann ten Systeme. Es ist hier die Möglichkeit ge geben, die Kompressionsänderung durch Ver schiebung des Kulissenzapfens auf einfache Weise zu erreichen, wie dies bisher bei kei nem der bekannten Systeme erzielt werden konnte.
Insbesondere für Flugzeuge ist es von Bedeutung, dass die Doppelwirkung des dar gestellten Motors, sowie dessen günstige Kraftschlussverhältnisse und nicht zuletzt die gute Kühlung der Kolben die Möglichkeit schafft, bei gleicher Leistung kleinere und leichtere Motore herstellen zu können, als dies bei Motoren mit hin- und hergehenden Kol ben bisher möglich war.