Mehrzweck-Drehkolbenkraft-und Arbeitsmaschine Mehrzweck-Drehkolbenkraft-
undArbeitsmaschinen für gasförmige und flüssige Betriebsstoffe nach Art der geschlossenen
Kapselgehäuse, die in zwei und mehr Verdrängungskammern einen Ringkolben haben,
sind bekannt. Hierzu gehören einesteils solche dem Drehschieberprinzip entsprechende
Maschinen mit exzentrisch drehbarem und im Ringteil geschlossenem Schiebekolben
für zwei Verdrängungskammern und anderenteils solche dem Wälzkolbenprinzip entsprechende
Maschinen mit zwar zentrisch drehbarem, jedoch im Ringteil einseitig offenem Kolben,
der mit einem konzentrisch einfassenden Gehäuse mitdrehbar verbunden ist und in
mindestens drei Verdrängungskammern wälzt. Diesen Maschinentypen ist gemeinsam,
daß bei ihnen einseitig gelagerte und fliegend ausladende ringtopfartige Drehteile
zu einer Dreheinlieit in einem stationären Gehäuse kapselartig einschachteln. Entsprechend
dieser Formart ihres Aufbaues, mit fliegend gelagerten Drehteilen, kann der Ringkolben
nur an einer Seite körperlich geschlossen werden. Hierdurch ist insbesondere der
Wälzkolben, welcher im Ringteil geöffnet ist und außerdem durch zugehörige lose
und leicht selbstsperrende Drehgliedhälften zu Verklemmungen neigt, zusätzlich erheblich
für höhere Beanspruchungen und Leistungen geschwächt, während der erstgenannte im
Ringteil zwar geschlossene, aber ebenfalls topfartige ioffene Kolben wegen seiner
überwiegend schieberartigen Wirkungsweise stärkeren Reibungsbeanspruchungen und
höherem Verschleiß sowie, wegen seiner Kupplung mit Widerlagerschiebern od. dgl.,
schädlichen oszillierenden Querbeanspruchungen nachteilig ausgesetzt ist. Neigen
deshalb diese Drehteile infolge ihrer Schwingungsfähigkeit von sich aus, besonders
bei größeren Drehleistungen, zum Flattern und in der Folge zu schädlichen Verklemmungen,
Verformungen und störenden Geräuschen, so lassen sich mit ihnen deshalb keinesfalls
die beim Wälzkolbenprinzip an sich mögliches Drehzahlen für Leistungssteigerungen
erzielen. Nachteilig ist bei Drehteilen dieser Formart aus den gleichen festigkeits-
und funktionsbedingten Gründen auch, daß dieselben volumenmäßig in ihrer Breitenausdelinung
zurückgehalten sind, wodurch für große Literleistungen entweder zusammengekuppelte
teure doppelt wirkende Maschinen oder Maschinen mit drei und mehr Verdrängungskammern
erforderlich werden. Besonders das letztere führt aber zwangläufig wiederum zii
einer Verminderung der Drehzahl, da eine radiale Erweiterung oder Aufstockung der
Drehteile finit stärker ansteigenden Beanspruchungen und Reibwerten sowohl am äußerenZ,'mfalig
wie stirnseitig verbunden ist. Nicht geringe Schwierigkeiten entstehen hierbei auch
dadurch, daß axial gerichteter Druck gegen solche stirnseitig getrennt gelagerte
und fliegende Drehteile, die zugleich den Innenraum drehbar schließen sollen, mittels
besonderer Drucklager abgefangen werden muß. Dieses beeinträchtigt entweder die
Abdichtfähigkeit ;oder die Drehfähigkeit der Teile. Die vorgenannten Typen von Drehkolbenmaschinell
können daher nur in solchen Fällen verwendet werden, in denen die anhaftenden Mängel
nicht stören oder in Kauf genommen werden. Darüber hinaus ist eine unmittelbare
Kupplung derselben mit den üblichen elektrischen Maschinen bisher nur bei entsprechend
kleineren Baueinheiten mit kleineren Beanspruchungen vertretbar, obgleich wirkungsmäßig
vermöge des Wälzkolbenprilizips an sich höhere Drehzählen in den Bereich der Möglichkeit
für schnell laufende Maschinen gerückt worden sind. Zusammenkann gesagt werden,
daß die Weiterentwich Jung derartiger -Maschinen auf einem zu eng begrenzten und
damit unwirtschaftlichen Verwendungszweck stehengeblieben ist. Der Erfindungsgegenstand
beseitigt demgegenüber nicht nur die vorerwähnten Mängel, sondern eröffnet darüber
hinaus die Erschließung neuer Verwendungsgebiete. Er unterscheidet sich von Maschinen
dieser Art dadurch, daß erfindungsgemäß eine doppelseitig zentrisch gelagerte Dreheinheit
von einer zweiten gleichgelagerten Dreheinheit eiligefaßt ist, wobei der Ringkolben
und das Drehglied mit geschlossenen Stirnseitenteilen drehbar schließen und eine
Zwischenwand kopf- und stirnseitig ein stirnseitig gelagertes starrschließendes
Kolbengehäuse und fußseitig eine gemeinsame Drehwelle kuppelt, derart, daß beide
Dreheinheiten für sich, oder in einem Gehäuseträger, oder solistwie beliebig festsetz-
und drehbar einzusetzen sind. Hierdurch wird der Arbeitsdruck der Verdrängungskammern
stirnseitig von den massiv vorhandenen Seitenwänden der Drehteile selbst abgefangen,
so daß besondere Drucklager sich erübrigen und weder die Abdicht- noch die Drehfähigkeit
der Teile beeinträchtigt ist. Weiterhin können nunmehr schwingungsfreie Kolben und
sperrsichere Drehglieder mit geschlossenen Stirnseitenteilen verwendet werden.
Ferner
ist durch die doppelseitig zentrische Lagerung von zwei Dreheinheiten. mit jetzt
symmetrisch geschlossenen Formteilen, die Massenwucht der Einrichtung außerordentlich
stabilisiert und somit jegliche Schwingungsfähigkeit sowie Neigung zum Flattern
voll Teilen unterbunden, so daß auch die schädlichen Nebenerscheinungen, wie Verklemmungen,
höherer Verschleiß, Geräusche u. a., ausgeschaltet sind. Lassen sich infolgedessen
nunmehr die funktionsmäßig nach dem Wälzkolbenprinzip möglichen höheren Drehzahlen
erreichen, so kann auch mit Hilfe der vorgenannten doppelseitigen Lagerung von zwei
zentrischen Dreheinheiten, jetzt ohne erschwerende Umstände axial eine volumenmäßige
Verdrängungsraumerweiterung für größere Literleistungen beliebig vorgenommen werden.
War eine Leistungssteigerung bei den bisher bekannten Maschinentypen infolge ihrer
Formart und durch die damit verbundenen Mängel blockiert. kann nunmehr durch die
Einführung der neuen Formart nicht nur dieser Übelstand behoben, sondern auch ein
Feld neuer Verwendungsgebiete eröffnet werden. So ist unter anderem infolge der
zentrischen Lagerung von zwei Dreheinheiten in einer Achse ein beliebiger An- bzw.
Abtrieb der Dreheinheiten möglich, und zwar von der Achse wie vom Geh,iuse aus,
wogegen man bisher nur eines von beiden erreichen konnte. Der Erfindungsgegenstand
läßt auch solche für die erweiterten Funktionen eines anderen Zweckes notwendigen
-Maßnahmen der Erweiterung in einfacher Weise zu, etwa durch erweiterte oder veränderte
Kanalführung, ein zusätzliches Träger- oder Bremsgehäuse il. a. m. Dein Wesen nach
ist bei dem Erfindungsgegenstand Welle und Kolbengehäuse samt den im Kolben-'rehä
use eingeschlossenen mitbeweglichen Teilen eine Dreheinheit, neben der Dreheinheit
eines exzentertragenden Gehäuses, wobei der Drehkolben die Rolle des dazwischenliegenden
mittleren Drehgliedes übernimmt. Dabei ist die Kolbendrehbewegung von der jeweiligen
Gegen- oder Mitläufigkeitsdifferenz der leiden vorgenannten Dreheinheiten abhängig.
Letztere sind gegeneinander wirkend, so daß die Aktionskraft der einen Dreheinheit
gegen die Reaktionskraft der niederen Dreheinheit wirkt. Der Vorteil ist jedoch
darin zu erkennen, daß es gleichgültig sein kann, ob beide Dreheinheiten zusammen
drehen oder eine von beiden feststellt oder mit der anderen gegen- oder gleichsinnig
dreht, sondern durch dieses alles über (-'eil üblichen Rahmen hinausreichende wesentlich
erweitert eVerwendungsgebiete erschlossen werden. War man beine Ein- und Ausschalten
der bekannten Maschinrn bisher vielfach darauf angewiesen, dieses durch Sperrung
und Freigabe des Betriebsstoffes zu bewerkstelligen, so eröffnet die Erfindung darüber
hinaus erweiterte Schaltmöglichkeiten, die vom Gehäuse der 'Maschine aus erfolgen
können und für die damit gekuppelten Antriebs- oder Fördereinrichtungen ein allmählich
angepaßtes weiches An- und Ausfahrinonient bieten, so daß die hierfür im übrigen
erforderlichen höheren herkömmlichen Aufwendungen fortfallen. Die: kann in der Weise
vor sich gehen, daß die beiden Dreheinheiten etwa in einem Trägergehäuse drehbar
gelagert werden, das mit bremsenden Schaltelementen etwa für beide Drehelemente
versehen ist, finit denen man dieselben allmählich lösen und festsetzen kann. Hierdurch
wird ohne weiteres verständlich, daß ein Ein-, Aus- und Umschalten auf jede der
zwei Kupplungsanschlüsse (für Rechts- und Linksdrehung) ermöglicht ist, wobei die
Schaltung ohne vorherige Stillegung der Maschine aus der Bewegung heraus vor sich
gehen kann. Auf ähnliche Weise können durch die vorgenannte Erweiterung, etwa der
Einlagerung in einem anders ausgestatteten Trägergehäuse, differentiale Kraft- und
Arbeitsübertraguii-,gen verwirklicht werden u. a. m. Alles in allem ist hieraus
ersichtlich, daß der Erfindungsgegenstand neben der Beseitigung von vielerlei Nachteilen,
welche eine Weiterentwicklung der üblichen Drehkolbenmaschinen behinderten, für
alle erdenklichen Verwendungsgebiete einem vielseitigen Zweck dienen kann und mit
ihm noch Neuland zu erschließen ist.
Die Zeichnung zeigt den Erfindungsgegenstand in einem radialen und
in einem axialen Schnitt durch die Mitte. In der Abb. I erkennt man die beiden um
180° gegeneinander versetzten Verdrängungskammern a und a', die durch einen
Ringkolben b mit dem gemeinsamen Drehglied c getrennt und durch eine durchgehende
Zwischenwand d gemeinsam unterteilt sind, wobei letztere das Kolbengehäuse e mit
der Welle f zu einer Dreheinheit verbindet, die von einem exzentertragenden Gehäuse
g (Abb. II) als weitere Dreheinheit umschlossen ist, und zwar in der Weise, daß
beide Dreheinheiten e, f und g zentral angeordnet sind. Das Gehäuse g ist
zusammensetzbar und trägt stirnseitig festsetzbare zentrische und exzentrische Laufflächen
von zwei Seitengliedern 1a, die auch nach außen vorstellende Laufflächen haben können,
etwa für einen erweiterten Verwendungszweck, der durch die strichlierte Umrahmung
in der unteren Abbildung angedeutet ist. Hierdurch wird über den Rahmen der üblichen
Verwendung hinaus gezeigt, wie die Ausnutzung der Drehkraftwirkung der beiden Dreheinheiten
e, f und b -
durch wechselweise Bremsung von außen her erfolgen kann.
Im übrigen ist der Erfindungsgegenstand in der Zeichnung als eine für gasförmigeBetriebsstoffe,
etwa Preßluft, Dampf usw., und nebengeschaltete Betriebsweise ausgestattete Maschine
dargestellt. Letzteres wird deutlich durch die darauf abgestimmte Kanalführung des
Betriebsstoffes. Dieselbe verläuft in diesem Falle von der Bohrung der Welle f aus
durch zwei Öffnungen über zwei Steuerungsnuten an den Stirnseiten der Seitenglieder
lt, die den Betriebsstoff abwechselnd durch getrennte Längskanäle im Stufenabsatz
der Welle f durchlassen, welche mit dem inneren und äußeren Verdrängungsraum d und
ä verbunden sind. Die ebenfalls gleichsinnig nacheinander arbeitenden Kammern der
anderen Seite laufen mit ineinander übergehenden und zusammenliegenden Kanälen aus.
Im Zusammenhang mit der Drehrichtung wird hierdurch der Zu- bzw. Abfluß des Betriebsmittels
in günstiger Weise unterstützt. Für flüssige Betriebsstoffe und ebenfalls nebengeschaltete
Betriebsweise vereinfacht sich die Kanalführung im Innenraum des Drehkolbens b in
der Weise, daß dieselbe fortfällt und dafür der in der Zwischenwand d untergebrachte
Kanal bis zur Wellenbohrung verlängert und seitlich gleichsinnig mit der äußeren
Kammer für die innere Kammer geöffnet wird. Hierdurch wird auch eindeutig verständlich,
daß ein ununterbrochener ständiger Betriebsmittelfluß an der Zu- und Abführungsseite
der Maschine bei der Rotation des einen oder anderen Drehgliedes eintritt. Für eine
gewünschte zweistufige Arbeitsweise kann die Wellenbohrung mit einer Seite der inneren
Verdrängungskammer direkt verbunden werden, während der Kanal von der anderen Seite
der gleichen Kammer etwa durch die Mitte des Drehgliedes c und Zwischenwand d über
Kreuz in die äußere Verdrängungskammer weitergeführt wird, um schließlich auf der
anderen Seite der äußeren Kammer vor der Trennwand d aus dem Kolbengehäuse
e
auszulaufen. Die Kanalführung läßt sich auch auf Verbrennungsvorgänge, etwa wie
bei Ottoinotoren, abstimmen, wobei die innere Verdrängungshammer z. B. als Verdichtungskammer
und die äußere Verdrängungskammer als Verbrennungskammer benutzt wird bei Zwischenschaltung
eines Druck- oder Sammelraumes für die Überführung des vorher verdichteten Mittels
in die Verbrennungskammer. Die Kanäle können auch durch die Seitenglieder
lt führen für einen erweiterten getrennten Gebrauch der Verdrängungskammer,
so daß zwei Zu- und Ableitungen vorhanden sind. Ermöglicht wird die vielseitigeUnterbringung
von Betriebsstoffkanälen insbesondere durch den Stufenabsatz der Drehwelle f, der
außerdem die innere Wälzbegrenzung bildet. Derselbe dient auch der Einfügung der
Zwischenwand d, indem diese in eine Längsnut des Stufenabsatzes beim Zusammenbau
von der Seite her fest eingeschoben werden kann. Hierzu dient auch eine im Inneren
des Kolbengehäuses e etwa eingefügte Längsnut od. dgl. für die feste Verbindung
von Welle f und Gehäuse e. Der Ringkolben b und das Drehglied c dichten die Verdrängungskammern
vollständig nach außen gegen beidseitig vorgesehene Ringkammern ab, die als Schmierstoff-,
Vorkammern oder zu sonstiger Verwendung dienen. Dabei wird dieAbdichtung durch die
gegen den Zylinderinnenraum zurückliegende Bohrung für das Drehglied c erreicht,
nebst derAusstattung des seitlich durch Ringansätze geschlossenen Drehringkolbens
b mit auf dem Rücken der Ringansätze ausgesparten Kreismulden, für das Einschieben
des seitlich geschlossenen Drehgliedes c, wonach der seitlich geschlossene Teil
in den Mulden drehbar lagert und abdichtet. Dadurch ist der Zusammenbau etwa in
der Weise durchführbar, daß nach dem Einschieben des Drehgliedes c in die Kolbenbohrung
die Zwischenwand d von außen oder innen her durch das Drehglied c in die Drehwelle
feingefügt wird. Das Ganze kann dann in die entsprechend vorbereitete Gehäuseseite
eingeschoben und, wie nunmehr leicht einzusehen, in üblicher Weise in den Gehäusen
abdichtend eingeschlossen werden. Es ist jetzt auch ohne weiteres einzusehen, daß
die äußere Verdrängungskammer gegen in die innere Verdrängungskammer schmaler sein
kann, etwa so viel, daß beide Kammern volumengleich sind und sich durch die nacheinander
einsetzende Füllung zu einem konstanten Füllungswert gegenseitig ergänzen und so
ein mengengleiches Fließen des Betriebsmittels zulassen.