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Kammerschleuse für stetigen Durchgang Zusatz zur Anmeldung: S76540
XI/81 e-Auslegeschrift 1 205 902 Die Erfindung geht aus von einer Kammerschleuse
für die Schleusung und/oder den stetigen Durchgang von festen, flüssigen oder gasförmigen
Stoffen unter Abschluß gegen Druckunterschiede oder einen anderen bestimmten Betriebszustand
nach Patentanmeldung S 76540 X1181 e (deutsche Auslegeschrift 1 205 902), bei der
eine ein- oder mehrgängige, in an sich bekannter Weise in einem zylindrischen Mantel
drehbar angeordnete Schraube so mit einem oder mehreren diesen Windungen entsprechend
ausgebildeten und exzentrisch in den Schraubengängen laufenden Sperrkörpern kombiniert
ist, daß einzelne voneinander getrennte Kammern entstehen. Diese bewirken zufolge
der fortschreitenden Bewegung der mit voneinander abhängiger Geschwindigkeit getriebenen
Haupt- und Sperrkörper das Durchschleusen von Stoffen.
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Eine Weiterentwicklung dieser Kammerschleuse soll nach der vorliegenden
Erfindung dadurch erzielt werden, daß die ein- oder mehrgängigen Schraubenwindungen
der Drehkörper so ausgeführt sind, daß das Kammervolumen einzelner oder aller Kammern
unterschiedlich ist, insbesondere sich von Kammer zu Kammer verkleinert bzw. vergrößert.
Hierdurch wird eine Druckerhöhung bzw. -minderung der durchgeführten Gase oder Dämpfe
erreicht. Eine solche Ausführung ist beispielsweise zur Verdichtung oder Expansion
bzw. auch für das Evakuieren von Räumen geeignet.
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Nach der Erfindung kann die Verkleinerung bzw.
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Vergrößerung der einzelnen Kammerinhalte dadurch erreicht werden,
daß die Schraubenwindungen der Drehkörper mit stufenweiser oder gleichmäßiger Änderung
der Steigung bzw. Ganghöhe der Schraubenlinien hergestellt werden (Abb. 1). Auch
können die Schraubenflanken der Kammern verschiedene Ganghöhe aufweisen (abt. 2).
Die Zu- oder Abnahme der Kammerinhalte kann aber auch durch Verkleinerung oder Vergrößerung
der Durchmesser von Mantel- und Drehkörpern oder durch deren konische Gestaltung
erzielt werden. Hierbei weisen die Drehkörper gleichmäßige oder zu- bzw. abnehmende
Steigung auf, und die Achsen derselben liegen parallel oder im Winkel zueinander
(A b b. 3 und 4).
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Die Erfindung wird im nachfolgenden beispielsweise näher beschrieben.
Es zeigen A b b. 1 bis 4 verschiedene Ausführungsformen als Verdichter und A b b.
5 und 6 Ausführungsformen als Kraftmaschine.
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Tn den schematischen Darstellungen nach den
Abb. 1 bis 4 tritt das
zu verdichtende Medium bei E in die Vorrichtung ein und füllt das Volumen der größten
Kammer aus. Der Austritt erfolgt an der Gegenseite aus der kleinsten Kammer bei
A, nachdem während des Durchganges durch die mit immer kleiner werdenden Ganghöhen
ausgestalteten Kammern eine Volumenverringerung und damit eine Drucksteigerung eingetreten
ist. Die Anzahl der Kammern sowie die Steigung der beiden Kammerflanken und damit
die Volumenänderung richten sich nach der gewünschten Druckerhöhung und Leistung.
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Werden Ein- und Austritt sowie Drehrichtung der Vorrichtung vertauscht,
so erfolgt eine Entspannung des Mediums, und die Einrichtung bewirkt eine Druckerniedrigung.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Kammerschleuse zur Verwendung
als Arbeits- oder Kraftmaschine wird die Vorrichtung so ausgebildet, daß gemäß Ab
b. 5 jeder der Drehkörper aus einem Teilabschnitt einer sehr flachen Schraube (also
mit großer Ganghöhe) besteht, wobei die Rückflanke des Hauptkörpers als Angriffsfläche
F für ein unter Druck stehendes Medium dient, welches bei jeder Drehung in den nach
Austritt aus dem Sperrkörper noch kleinen Kammerraum (beispielsweise bei e in Abb.
5) eingeführt wird. Da sich bei der weiteren Drehung das Kammervolumen vergrößert,
wird durch die Expansion des Mediums ein Drehmoment ausgeübt.
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Die vordere Fläche des Hauptkörpers bewirkt dann
vcr
Beendigung der Umdrehung (beispielsweise bei a in A b b. 5) den Ausstoß des expandierten
Mediums.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann auch eine Kombination der beschriebenen
Ausführungsformen angewandt werden. Wie in A b b. 6 beispielsweise dargestellt,
kann eine solche Maschine aus einem Kompressionsteil A bestehen, an den sich ein
Kraft-bzw. Expansionsteil B mit flacher Schraubenwindung derDrehkörperabschnitte
anschließt, die entsprechend dem Eintrittsspalt aus der Endkammer des Kompressionsteiles
so angeordnet sind, daß die Expansion nach Austritt des flachen Schraubenganges
aus dem Sperrkörper beginnt. Der Kompressionsteil A endet vor dem Expansionsraum
B senkrecht zu den Achsen der Drehkörper. Hierdurch wird erreicht, daß alle Wandungsflächen
des Expansionsraumes den Druck aufnehmen können, ohne daß dadurch ein entgegen der
Drehrichtung wirkendes Moment entsteht. Der Flächendruck auf die Flanken der Endkammer
des Kompressionsteiles, welche durch geringe Steigung klein gehalten sind, hebt
sich im wesentlichen auf.
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Dem Expansionsteil B ist ein Austragteil C, beispielsweise mit einer
Schraubenwindung mittlerer Steigung, angefügt, durch den die expandierten Gase bzw.
Dämpfe nach außen geführt werden. Hierbei wird die den Expansionsraum B begrenzende
Schraubenwandung noch als Wirkfläche ausgenutzt.
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Eine solche oder ähnliche Ausführung kann auch als Verbrennungsmaschine
betrieben werden. Die zündfähigen Gase oder Gemische werden im Kompressionsteil
A verdichtet, die Zündung wird kurz nach Austritt der Wirkfläche aus dem Sperrkörper
des ExpansionsraumesB, also am Ende der Kompression (beispielsweise bei z in A b
b. 6) in an sich bekannter Weise ausgelöst. Nach der in A b b. 6 dargestellten Konstruktion
ist es möglich, Ansaugen, Kompression, Zündung und Expansion sowie Austragen gleichzeitig
erfolgen zu lassen, da die einzelnen Phasen in voneinander getrennten Kammern vor
sich gehen, welche in der Reihenfolge der Arbeitsgänge (scheinbar) vorwärts bewegt
werden.
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Um ein besonders günstiges, gleichmäßiges Drehmoment auf die Hauptwelle
zu erzielen, kann die Vorrichtung beispielsweise auch mit mehrgängigen Drehkörperwindungen
ausgeführt werden.
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Im Expansionsteil kann praktisch eine Entspannung bis auf Atmosphärendruck
zugelassen werden, da die Abgase in den Kammern des Austragteiles zwangläufig transportiert
werden, selbst also keinen Widerstand zu überwinden haben. Es ist ein besonderer
Vorzug, daß keinerlei Einlaß- und Auspuffventile und dafür notwendige Steuerungen
erforderlich sind. Die Brennstoffgemischzuführung kann durch Mischer, Vergaser oder
direkte Einspritzung vorgenommen werden, wobei der Ansaug- bzw.
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Kompressionsteil zur Mischung herangezogen werden kann.
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Auch kann der den Kompressions- oder Expansionsteil verlassende Gas-
bzw. Dampfstrom durch eine düsenartige Vorrichtung ins Freie geführt werden, um
einen Rückstoß zu erzeugen.
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Bei Ausbildung des Sperrkörpers als Hohlkörper, der in seinen Schraubenwindungen
durch die Welle des Hauptkörpers abgesperrt wird, kann der Innenraum zur Führung
eines Schmiermittels oder eines Kühlmittels verwendet werden. Infolge der Verschiebung
der beiden Drehkörper gegeneinander werden dann alle Flankenflächen ausreichend
geschmiert
bzw. gekühlt oder beides. Zur Schmierung der Innenfläche des Mantels können
Kanäle von außen oder aus dem Innenraum des Sperrkörpers durch den Hauptkörper angeordnet
werden.
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Die Innenkammern des hohlen Sperrkörpers können auch selbst zur Aufnahme
und Verdichtung des Brennstoffgemisches im TeilA sowie zur Zündung, Expansion und
Austragung der Abgase in den Teilen B und C zusätzlich ausgenutzt werden. Die Zündung
im Innenraum erfolgt hierbei, wenn die Wirkfläche des flachen Schraubenteiles aus
dem äußeren Expansionsraum wieder in den Innenraum des Sperrkörpers eingetreten
ist, also etwa eine halbe Umdrehung nach der Zündung im Expansionsraum des Hauptkörpers.
Es wird dadurch die Wirkfläche auch in dem Teil einer Umdrehung, in dem sie gegen
den äußeren Expansionsraum abgedeckt ist, beaufschlagt, d.h., die Leistung wird
entsprechend der vergrößerten Fläche erhöht und der Lauf der Drehkörper infolge
der zweimaligen Zündung bei jeder Umdrehung ausgeglichener. Da in den einander zugehörigen
Außen- und Innenkammern jeweils etwa der gleiche Druckzustand herrscht, ist die
Abdichtung zwischen den Gleitflächen der Drehkörper in einfacher Weise möglich.
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Um die Zündung im Innenraum des Sperrkörpers zu bewirken, kann beispielsweise
die Zündkerze in den flachen Schraubenflügel des Hauptkörpers so eingebaut werden,
daß die Elektroden in dem Innenteil der Wirkfläche liegen. Für die Stromzuführung
kann im Außenmantel ein drehbarer Verstellring mit Kontakt eingepaßt werden, an
dem eine mit der Zündkerze verbundene Kontaktfläche, welche sich an der Außenfläche
des flachen Schraubenflügels befindet, bei jeder Umdrehung anschleift.
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In analoger Weise kann auch die Zündkerze für den Hauptexpansionsraum
im flachen Schraubenflügel so angeordnet werden, daß die Elektroden an der Außenfläche
liegen. Die Stromzuführung erfolgt dann durch einen zweiten Kontakt in dem genannten
Verstellring.
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Wird der Innenraum als Arbeitsraum benutzt, so kann die erforderliche
Schmierung beispielsweise durch eine zentrische Bohrung in der Welle des Hauptkörpers
vorgenommen werden, aus der Kanäle durch die Schraubenwindungen des Hauptkörpers
nach dem Mantel und nach den Gleitflächen zwischen Haupt- und Sperrkörper geführt
werden.
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Ebenso kann Schmieröl dem Brennstoff zugesetzt werden.
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Die Abdichtung des Hauptkörpers am Mantel kann beispielsweise durch
Stahlfedern erfolgen, die in die Außenfläche des Hauptkörpers - eingelegt sind und
deren Ganghöhe der jeweiligen Schraubensteigung entspricht; sie pressen sich ähnlich
Kolbenringen an die Innenseite des Mantels an. Auch die Abdichtung zwischen Haupt-
und Sperrkörper kann in dieser Weise ausgebildet sein, wobei die federnden Stahlspiralen
in Nuten der Seitenflanke des Sperrkörpers eingelassen sind.
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Die Abdichtung des Sperrkörpers am Mantel kann beispielsweise durch
Lamellen erzielt werden, welche in axialer Richtung-in der Außenfläche des Sperrkörpers
federnd eingelegt sind und an der Dichtstelle radial eingedrückt werden. Diese Lamellen
können gleichzeitig zur Schmierung der Innenflächen des Mantels aus dem inneren
Ölraum des Sperrkörpers dienen.
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Die Kammerschleuse kann auch zum Fortbewegen eines mit ihr verbundenen
Körpers in einem geeigneten Medium, beispielsweise in Luft, durch Ausübung eines
Schubes dienen, wobei dem Verdichtungstcil eine Rückstoßdüse nachgeschaltet sein
kann.