DE1057612B

DE1057612B - Kraftmaschine zur Erzeugung einer Drehbewegung durch ein Gas-, Dampf- oder Fluessigkeits-Druckmedium oder fuer den umgekehrten Prozess

Info

Publication number: DE1057612B
Application number: DE1955P0014720
Authority: DE
Original assignee: BODO LEHMANN
Current assignee: BODO LEHMANN
Priority date: 1955-08-26
Filing date: 1955-08-26
Publication date: 1959-05-21

Description

DEUTSCHES

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache, ans wenigen Teilen bestehende und mit einem Druckmedium angetriebene Kraftmaschine herzuMdlet). Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es möglich ist, durch parallel zu einer Drehachse wirkende Kräfte in einem Körper ein Drehmoment zu erzeugen, wenn der Körper ans einem elastischen oder plastischen Material besteht und die Drehachse gekrümmt ist Die Kraftmaschine nach 4er Erfindung zur Erzeugung einer Drehbewegung durch ein Gas-, Dampf- oder Fliissigkettsdruckmediura oder für den umgekehrten Frozcfi (Pumpe) ist dadurch gekenn· zeichnet, daß ein elastisch oder/und plastisch verformbarer Körper am dnc gekrümmte Linie drehbar gelagert und mit Arhdtskanilea für das Druckmedium versehet! ist und daÄ das Druckmedium in der Krümmungsfläche liegende, zwischen in Richtung der gekrümmten Linie benachbarten Elementen des Körpers wirkende, in den Wendepunkten der gekrümmten Linie die Richtung ebenfalls wechselnde Kraftntomentenpaare erzeugt. Es ist eine Antriebsmaschine bzw. Pumpe bekannt, wdcbe in ihrct Basis feststehende elastische Hohlkörper aus Gummi aufweist, deren anderes Ende über dn Gestänge an einer Taumelscheibe angreift. Bei Rotation der Taumelscheibe erfahren die Gummikorper eine Verlängerung oder Verkürzung, und dadurch ändert sieh ihr Inhalts· volumen. Taumelscheibe^ besitzen jedoch den Nachteil, daß dne Arbeitskraftübertragung durch Rollen od. dgl. auf die Taumelscheibe notwendig ist, and xvrar haben die Rollen, deren Durchmesser konstruktiv begrenzt ist und deren Drehzahl daher sehr groß ist, Kräfte aufzunehmen, welche noch bedeutend größer als die Arbeitskräfte der Zylinder bzw. Körper aus Gummi sind. So müssen die Rollen die Massenkräfte des hin- und hergebenden Gestänges aufnehme», außerdem die elastischen Krifte der Gummikörper und ferner noch Kippkräftc in dem Maie, wie etwa die Bahn der Rollen einen kleineren Durchmesser hat als die Angriffspunkte des Gestänge* an der Taumelscheibe. Wegen des großen von den Rollen auf der Taumelscheibe zurückgelegten Wege β ist daher bei den großen zu übertragenden Kräften der Wirkungsgrad des Taumclschctbcnantridbcs sehr schlecht. Der Vcrschlciö ist groB, and außerdem ist immer dn Spiel vorhanden, das zum schnellen Ausschlagen und zu Klapperscheinungen führt. Die Kraftmaschine nach der Erfindung dagegen weist lediglich gewöhnliche Lager der Antriebsachsen auf ond besitzt bd ihrer obcrflichcnbcstandigcn Form keine hin- und hergehenden TdIe. Ihr dastischer rotierender Körper kann aus dnem z_ B. glatten gekrümmten Stahlkörper besteben, dessen elastische« Bicgungsfrtorncnt leicht durch Radiallager der Antriebsachsen aufgenommen Kraftmaschine zur Erzeugung
einer Drehbewegung durch ein Gas-,
Dampf- oder Flüssigkoits-Dnickmediiim
s oder für den umgekehrten Prozeß

Anmelder:

Bodo Lehmann,
München 13, Schellingstr. 75

U wird Außerdem gestattet die Kraftmaschine nach der Erfindung dne Konstruktion fast nur aus elastischem oder plastischem Kunststoff.

Zar Erläuterung der Kraftmaschine nach der Erfindung ist in der Pig. i ein biegbarer tboroidförmiger

ao Körper 1 dargestellt, welcher um seine Achse bzw. »gekrümmte Linie« 2 drehbar in den Lagern 3 und 4 mit den Kugellagern 5 um die angesetzten Wellen 6 und 7 gelagert ist. Der Thoroidkörpcr 1 besitzt an seiner Peripherie kreisförmig angeordnete Arbeitskanüle 8, die jeder in einer Kanalciffnung 9 eines Ventilrades 10 enden. Im Lagerkörper 4 sind dne das Ventilrad 10 etwa halbkreisförmig umfassende Einlaßdflse im Steuerring 11a und eine das Ventilrad 10 teilweise umfassende Auslaßldtung 12 im Steuerring

4« 11 ο angeordnet. Denkt man sich die Mittdebene des Thoroidkörpers 1 mit der Zdchenebene zusammenfallend, so umfaßt die Einlaßdfise 11 etwa den oberhalb der Zdcheoebene liegenden Halbkreis der Kanal· öffnungen 9, während die Auslaßleitung 12 den unter-

♦5 halb der Zelchenebcnc Hegenden Halbkreis der Kanalöffnungen 9 umfaßt. Wird Druckwasser der Düse 11 zugeführt, so wird dieses die oberhalb der Zeichenebene liegenden Kanäle 8 des Tboroids 1 unter Wasserdruck setzen. Da das Volumen der Kanäle 8 bei

So Drehung des Tboroidkiirpers 1 um die Achse 2 zunimmt, so kommt dies dem Hab dnc» Zylinders gleich: Die unter Wasserdruck stehenden Kanäle8 erzeuget) durch ihre Dchnongskraft in Richtung ihrer Längsachsen dn Drehmoment in Richtung des Pfeiles

WJMTiM

14. Die Längsachse eines Arbeitskanals ist eine Linie gleicher Längendehnung des elastischen Körpers. Da die Kanäle 8 unterhalb der Zeichenebene durch die Auslaßleitung 12 entspannt sind, so kann sich auf dieser Seite des Thoroids 1 kein Gegendrehmoment bilden; das Thoroid 1 rotiert um seine eigene Achse 2. Es ist zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß sich die Kanäle 8 durch die Auslaßleitung 12 nicht teilweise oder ganz leeren, da dies beim Füllen der Kanäle 8 durch die Einlaßdüse 11 einen Druckwasserverlust bedeuten würde.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus dem Thoroidkörper 1 gezeichnet, in welchem zwei »in Richtung der gekrümmten Linie benachbarte Elemente« 16, 17 angedeutet sind. Infolge der Krümmung der Linie oder Achse 2 sind die Elemente 16, 17 um einen Winkel α miteinander bildende Achsen 18, 19 drehbar. An der Grenzfläche 20 der Elemente 16, 17 entstehen durch Druck mal Querschnitt der Kanäle 8 (in Fig. 2 nicht gezeichnet) und durch die diese Druckkräfte aufnehmende Seele 21 (Fig. 1) entgegengerichtete Momente bzw. »Kraftmomentenpaare« m, m', deren in die Drehachsen der Elemente fallende Komponenten mit b, b' bezeichnet sind. Diese Momente b, b' sind es, welche auf jedes der Elemente des Thoroids 1 als Drehmoment einwirken, und zwar im gleichen Drehsinn. Die Zeichenebene der Fig. 2 ist die »Krümmungsebene«.

Beim Betrieb mit Preßluft wird man aus Gründen des besseren Wirkungsgrades die Preßluft nicht während der gesamten Zeit, in welcher das Volumen des betreffenden Kanals zunimmt, zuführen, sondern nur während eines Füllwinkels kleiner als der halbe Kreis, desgleichen bei Füllung der Kanäle durch Verbrennung, d. h. wenn der elastisch und/oder plastisch verformbare Körper, nach dem Beispiel das Thoroid 1, die Kolben mit Pleuel und Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors ersetzt.

Die Lager 3, 4 nehmen die senkrecht auf der Drehachse 2 stehenden Momente a, af (Fig. 2) auf. Die Drehmomente b, V der Elemente 16, 17 usw. werden durch den Thoroidkörper 1 übertragen bzw. zu einem Antriebszahnrad 22 weitergeleitet. Der Thoroidkörper muß also biegbar, aber nicht in sich verwindbar sein. Beispielsweise ist seine Seele 21 torsionsfest, oder z. B. seine Oberfläche ist mit gegenläufigen Drahtwicklungen versehen. Die Seele 21 kann beispielsweise aus einer Kette drehfest und biegbar zusammenhängender einzelner, in den Thoroidkörper 1 einvulkanisierter metallener Glieder bestehen.

Wird die Vorrichtung etwa in halber Höhe des Wassergefälles angeordnet und die Auslaßleitung 12 bis zum Ende des Gefälles weitergeführt, so entsteht in den Kanälen 8 unterhalb der Zeichenebene ein Unterdruck. Dadurch werden die Momente (m, m' in Fig. 2) bzw. das »Krafrmomentenpaar« m, m' allein durch das Druckmedium erzeugt. Die Seele 21 erübrigt sich dann bzw. wird diese bei nicht genau gleich großen Momenten m, m' entlastet.

Mitunter, z. B. bei Bohrungen im Gestein, ist kein Raum für einen thoroidförmigen Körper nach Fig. 1. In diesem Falle kann die Vorrichtung aus einer Reihe entgegengesetzt gekrümmter thoroidförmiger Körper 23, wie in Fig. 3 dargestellt, bestehen. 24 sind die ihre Krümmungsrichtungen bestimmenden Lager. In den Wendepunkten des Thoroidkörpers 23, 23 ... sind die Kanäle diametral ausgekreuzt, wie bei 25 in Fig. 4 durch die x-förmigen Zeichen angedeutet, damit sie durchweg auf Linien gleicher Längendehnung des elastischen Körpers verlaufen. Die Achse 26, um

welche die Thoroidteile 23 bzw. die »benachbarten Elemente« rotieren, ist wellenförmig, in der Zeichenebene verlaufend, d. h., die »Krümmungsebehen« liegen in der Zeichenebene. 27 stellt die Ein- und Auslaßsteuerung für die Kanäle dar, 28 die am anderen Ende des Thoroidkörpers 23, 23 ... befestigte Antriebswelle. Statt der einzelnen Lager 24 an den Wendepunkten kann der Thoroidkörper in einem wellenförmigen Mantel 29 (Fig. 4) gefaßt sein.

Die Schmierung zwischen Thoroidkörper 23, 23 ... bzw. 1 und Mantel 29 kann durch Wasser erfolgen, das danach z. B. zum Ausspülen des Bohrstaubes dient, falls es sich um einen Antrieb eines Gesteinsbohrers handelt. Die Schmierung kann auch durch an dem dem Steuerring 27 entgegengesetzten Ende des Thoroidkörpers austretendes Druckmedium erfolgen.

Die Auskreuzungen 25 der Kanäle stellen gewisse

Unstetigkeitsstellen dar und sind eventuell nicht leicht ausführbar. Es wird daher vorgeschlagen, keinen wellenförmigen Thoroidkörper zu wählen, sondern einen wendeiförmigen. Der Krümmungsvektor einer Wendel, welcher senkrecht zur »Krümmungsfläche« steht, zeigt, in Richtung der Wendelachse fortschreitend, eine Verwindung. Dementsprechend sind die Kanäle dieses wendeiförmigen Thoroidkörpers gewunden, so daß jeder Kanal auf einer Linie gleicher Dehnung des Thoroidkörpers verläuft. Selbstverständlich sind auch Thoroidkörper anderen Verlaufs der »gekrümmten Linie« (2,26), z. B. spiralförmigen Verlaufs, möglich und auch Körper mit wechselndem Querschnitt der Kanäle und/oder des Körpers, z. B. um den Strömungsverhältnissen beim Füllen und Entleeren mit Luft gerecht zu werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftmaschine zur Erzeugung einer Drehbewegung durch ein Gas-, Dampf- oder Flüssigkeits-Druckmedium oder für den umgekehrten Prozeß, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastisch oder/und plastisch verformbarer Körper (1, 23) um eine gekrümmte Linie (2, 26) drehbar gelagert (3, 4, 24, 29) und mit Arbeitskanälen (8) für das Druckmedium versehen ist und daß das Druckmedium in der Krümmungsfläche liegende, zwischen in Richtung der gekrümmten Linie benachbarten Elementen des Körpers wirkende, in den Wendepunkten der gekrümmten Linie den Richtungssinn ebenfalls umkehrende Kraftmomentenpaare (m, m') erzeugt.

2. Kraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskanäle (8) in Öffnungen (9) münden, die in einem Steuerring (11 α) mit Ein- und Auslaßkanälen (11, 12) für das Druckmedium umlaufen.

3. Kraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische bzw. plastische Körper alternierend gekrümmt, an den Wendepunkten gelagert (24, 29) ist und daß die Arbeitskanäle an den Wendepunkten in diametralem Wechsel verlaufen.

4. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der plastische bzw. elastische Körper in einem ihn ganz einschließenden Rohr (29) gelagert ist.

5. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische bzw. plastische Körper und das ihn einschließende Rohr durch an dem dem Steuerring entgegengesetzten Ende austretendes Druckmedium geschmiert sind.

6. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung zum Bohrantrieb der elastische bzw. plastische Körper und das ihn einschließende Rohr durch Wasser geschmiert sind, welches danach zum Ausspülen des Bohrstaubes dient.

7. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische bzw. plastische Körper mit einer auf Zug beanspruchbaren biegbaren Seele versehen ist.

8. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische bzw. plastische Körper mit einer drehfesten Seele versehen ist, welche, insbesondere aus einer Kette drehfest und biegbar zusammenhängender einzelner, in den elastischen bzw. plastischen Körper einvulkanisierter metallener Glieder bestehend, mit der Antriebswelle (6, 28) verbunden ist.

9. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des elastischen bzw. plastischen Körpers mit gegenläufigen Drahtwicklungen versehen ist.

10. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Linie des elastischen bzw. plastischen Körpers Wendelform hat und die Arbeitskanäle auf Linien gleicher Längendehnung des elastischen bzw. plastischen Körpers verlaufen.

11. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskanäle einen in ihrer Längsrichtung wechselnden Querschnitt aufweisen.

12. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Wasser als Druckmedium sich die Arbeitskanäle nicht teilweise oder ganz leeren.

13. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei Benutzung eines Wassergefälles als Antriebsquelle in halber Höhe des Gefälles etwa angeordnet und die Auslaßleitung bis zum Ende des Gefälles geführt ist.

14. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betrieb mit Gas oder Dampf die Füllung der Arbeitskanäle nur über einen Füllwinkel kleiner als ein halber Kreis erfolgt.

15. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5 und 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Verbrennungsmotor durch Verbrennungsgase antreibbar ist.

16. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Kanäle (8) bei Drehung des elastischen bzw. plastischen Körpers annähernd konstant ist und das Volumen der Arbeitskanäle bei Drehung nach außen zunimmt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 392 279.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen