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Verdrängungsmaschine Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein
Verdrängungemaschinen, wie z. B. Pumpen und Motoren, in welchen eine Energieübertragung
zwischen-einem mechanischen Teil und einem flüssigen oder gasför'migen Mediu'm erfolgt.
Die Etfindung betrifft insbesondere eine Verdrängungsmaschine von derjenigen Art
bei welcher ein ausgerichi7e--t-er Stoas und.eine Drehbewegung vorhanden ist.
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Unter ausgerichtetem Stose ist eine Energieübertragung zwiöchen einem
mechanischen.Teil und einem Fluidum zu verstehent wobei das Fluidum den Teil antreibt
oder von diesem angetrieben wird und wobei die Bewegung des Teiles mit der Bewegung
des Fluidums während der Energieübertragung ausgerichtet i2t. Eine solche Ausrichtung
ist z. B. bei einer Dampfmaschine vorhanden, in welcher die Bewegung des Kolbens
bezw.
der Expansionsrichtung des Dampfes im Zylinder ausgerichtet ist. Die Ausrichtung
ist nicht vorhanden in Turbopumpen oder Turbomotoren, in welchen die Bewegung der
rotierenden Schaufeln rechtwinklig zur Bewegungerichtung des Pluidums innerhalb
von Pumpe oder Motor erfolgt. Demzufolge entspricht die Verdrängungsmaschine, auf
welche sich die vorliegende Erfindung bezieht bezüglich der Eigenschaft des ausgerichteten
Stosses den Kolbenmaschinen, wie Pumpen und Motoren und unterscheidet sieh von den
Turbopumpen und.Turbomotoren-diesbezüglich. Jedoc*h ist die Veydrängungsmaschine
gemäss der vorliegenden Erfindung deswegen den Kolbenmaschinen unähnlich und den
Turbomaschinen ähnlibh, weil sie sich durch eine Drehbewegung auszeichnet. Somit
int der Gegenstand der Erfindung eine rotierende Verdrängungsmaschine mit ausgerichteter
Stosobewegung, welche gleichzeitig die Vorteile der Kolbenmaschinen bezüglich hohem
Wirkungsgrad infolge der ausgerichteten Stossbewegung und die Vorteile der Turbomaschinen
infolge der Drehbewegung von gleichge'-richteter kontinuierlicher Bewegung und Vermeidung
von mechanischer Vibration und von Fluidum-Vibration (Pulsation) in sich vereinigt.
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In der Zeichnung sind mehrere beispielsweise Ausführungeformen der
erfindungsgemässen Verdrängungsmaschine dargestellt, wobei die ersten beiden Figuren
die wesentlichen Elemente einer solchen Maschine schematisch wiedergeben. Es zeigen:
Fig.
1 ein Horizontalschnitt durch eine Verdrän'gungsmaschi-Fig. 2 ein Vertikalschnitt
entlang Linie 2-2 in Fig. 19
Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt entlang
Linie 3-3 in Fig.
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4 und stellt ein praktisches Ausführungebeispiel einer Verdrängungsmaschine
dar, wobei das äussere Gehäuse aus der Zeichnung weggelassen ist.
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Fig. 4 ist ein Schnitt entlang Linie 4-4 in Fig. 3, wo-* bei der obere
geneigte Teil der Schnittlinie in der Darstellung in die Vertikale geklappt ist,
Fig. 5 ist eine Abwicklung des durch die Pfeile .5-5 in Fig. 3 angedeuteten
Umfangsteiles, Figo 63 ist eine perspektivische Darstellung einer Schau-fel
gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3.
Illig# t -eine Seitenansicht
einer Schaufel des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3, wobei die auf dieselbe
einwirkenden Kräfte eingezeichnet sind, Fig, 8 ist ein schematischer Grundriss
einer Schaufel des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3, wöbei die gngreifenden
Kräf-t-.e ebenfallo angedeutet sind, pig. 8A9, 9A und 10A Ochnittdarstellungen
einer Schaufel und der dieselbe umgebenden Teile zu verschiedenen Zeiten, Pig.
9 eine Stirnansicht einer andern Ausführung.einer Schaufel, Fig.10 ein Schnitt
entlang 10-10 -in Fig. 99
Pig.11 ein Schnitt entlang Linie-11-11 in
Fig.- 91, Fig.12 ein Vertikalschnitt durch das Gehäuse, welcher das Zi.isammenwirkgn
einer Schaufel mit dem Reaktionsblock im Ausführungsbeispiel nach Fig.
3 zeigt7 Fig. 13 ein Grundrips des Reaktionablockes nach Fig.
39
Fig. 14 ein Schnitt entlang Linie 14-14 in Fig.
131
Fig. 15A und. 15B Diagramme entsprechend der Abwicklung nach Fig.
5 zur Erläuterung von quantitativen Verhältnissen, Fig. 16 eine Diagrammdarstellung
der Maschine nach Fig. 39
Fig. 17 eine Diagrammdarßtellung einer weiteren
Ausführungsform einer Maschine, Fig. 18 eine den Abwicklungen gemäss Fig.
5 und 15 entsprechende schematische Darstellung der Nockenfntervalle
der Maschine nach Fig. 39-Fig. 19 eine Diiagrammdarstellung einer weiteren
Maschine mit sechs Schaufeln, Fig. 20 eine andere Ausführung einer Maschine mit
zwanzig Schaufeln.
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In den Fig. 1 und 2, in welchen eine Verdrängungsmaschine schematisch
dargestellt ist, bezeichnen 20 und 21 ein.Paar von relativ drehbaren Teilen in der
Form einer Trommel und einer Hülse, welche die Trommel umgibt.
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Die Hülse 21 ist von der Trommel 20 durch einen Zwischenraum
23 getrennt. Per Zwischenraum zwischen Trommel.und Hülse ißt 'so gewählt,
daso zwischen diesen Teilen e:#ne freie Drehbewegung mög lieh ist, währenddem soweit
durchführbar die Strömung von Medium in demselben verhindert werden soll.
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Die Maschine enthält weiter eine zur Aufnahme von Medium dienende
Nut 26 von geeignetem Querschnitt, ein in der Nut angeordneter Reaktionsblock
27, der die Fluidumströmung in derselben behindern oder antreiben soll.. eine Hochdruekö.-Lofnung
28,
die auf der einen Seite des Blockes 27#in die Nut einmündet,' eine NiederdruckUffnung
29, welche auf der entgegengesetzten Seite des Blockes in die Nut einmündet
und ei-.ne Schaufel-oder ein Kolben 30 von geeignetem Quer8chnitty .welcher
bezüglich des Blockes 27 eine Rotationabewegung ausführt. Normalerweise ist
die Schaufel zur Verhinderung einer Strömung in der Nut 26 wirksam. Wenn
jedoch die Schaufel sich während der Relativbewegung zum Block sich diesem näbert,
führt sie eine zusätzliche zu -der ersten quergerichtete Bewergung aus, welche axial
oder radial oder teilweise axial und teilweise radial sein kann. Der erste Teil
dieser-Querbewegung verschiebt die Schaufel 30 momentan aus ihrer die 11-at
versperrenden Lage, so dase sie den Reaktionsblock 27
freigibt. Während
der zweiten Bewegungshälfte kehrt die Schaufel wieder In ihre Ausgangslage zurück"
nachdem sie den Reaktionsblock passiert hat. Es sind keine Mittel dargestellt,
um eine solche Querbewegung zu erzeugen, jedoch werden, diese später im Detail erläutert.
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Von jedem der in den Fig.lund 2 dargestellten Elemente können mehrere
vorgeaehen-sein. Die Verdrängungsmaschine kam in beliebiger Kombination eines oder
mehrere Elemente einer Mediumsnut äufweinen, es können mehrere Nuten vorgesehen
seing in'einer Nut kö nneu mehrere Reaftionsblöcke und eine beliebige Zahl von Schaufeln
vorgesehen sein, von denen ein-ep mehrete oder all,6-entweder in einer oder mehreren-Nuten
arbeiten können.
Wenn mehr als eine Nut vorgesehen ist, können diese
Nuten unterschiedliche Breite und/oder Tiefe, d. h. unterschiedliehen Querschnitt
aufweisen. Die Querbewegung der-Schaufel* oder Schaufeln kann hin und hergehendg
drehend oder oszillierend sein.
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In der in Fig.
1 und 2 schematisch dargestellten Maschine ist
die Hülse 21 stationär, während die Trommel 20 um ihre Axe drehbar ist;-die Ringnut
26 ist in der Trommel 20 vor--gesehen, die Oeffnungen 28 und 29 stehen mit
der N .ut 2
6
über die Hülse 21 in Verbindung, der Reaktioneblock
27 ist in vorbestimmter Winkellage an der Hülse befestigt und die -Schaufel
30 ist in'vorbestimmter Winkellage an der Trommel 20 befestigt und bewegt
sich mit derselbene
Zu sind jedoch auch andere Ausführungen-der Verdrängungsmandhine
möglich; z. B. kann die Trommel stationär un4'd:Le RUlae'drehbar se4n, in welchem
Fall die Hochdruck- 'und Niederdruckekanäle durch die stationäre Trommel verlaufen.
Währenddem der Block
27
und die Schaufel
30 immer an unterschiedlichen
Teilen
be-
festigt sind, kann der Block
27 statt an der lfüloa-an der-Trommel
befestigt sein und die Schaufel
30 kann in entsprechender Weise mit der Hülse
statt mit der Trommel In Verbindung-stehen. Der Block kann somit entweder «-dr'ehenden
oder nicht drehenden Teil der Hüleen-Trommeletz#heit befbstigt worden. Die Querbewegung7
welche die 8aWu:tel a'unt"-ren munog #im am Block vorbei zu gelangen# tat#eiüw Reiativ
beweg=& und kann entkeder'dadurch wie be#& echrleteng die SchaUfel In*.Querrichtung.te'
9Z-04.Ünä>dor
| Block in Querrichtung stationär istl oder dass die Schaufel |
| in Querrightung otationUr- und der Block und die Nut in Quer-- |
| richtung beweglich eindv oder dass sowohl die Schaufel, wie |
| a'tioh Block und Nut querbewe-glich auageführt wärdene Wie |
| schon erwähnt, kann'die Querbewegung entweder radial oder |
| axial gerichtet sein oder aber teilweise radial und teilwe'i- |
| De axialg d, h. eine Bewegung, die -in aziale und radiale |
| Komponenten zerlegbar ist. |
| Die in den Fig. l'und 2 dargestellte Maschine arbeitet
als |
| Motor wie folgt: Gasförmige's oder flüssigge Medium wird mit |
| relativ hohem Druck der Maschine zugeführt-und strömt-mit |
| relativ niedrigerem Druck aus dieser ab, und zwar über die. |
| Rochdrucköffnung-28 und die Niederdiruaköffnung 29,
die als |
| Einlaes Ünd Auslaeo arbeiten. Das Hochdruckmedium ist in |
| den Pig. und-2 durch-Punkte dargestellt..Es flieBst von |
| der Einlanaöffnung 28 in eine Arbeitskammer-35.- deren
Be- |
| ,grensungeWände durch die Ringn#it 26, den Teil der
Hülee 219 |
| w610:4er die Nut überdeckt@ den Reaktionablock 27-und-die |
| B.eiLi#t-eli 36 gebildet sind. Da der Re'aktionablock
27 sta- |
| tlbmz ißt UM autdXiyMedium eine.Reaktionskraft ausübt-, |
| kAnn datFW*Iti 'in uhrfßeigerriahtung nicht durch die
Nut flies- |
| aber die Ahaufel 30 beweglich ist und der |
| Dru* derVI.Unaigk-eit eine Kraft auf die Schaufel ausübt" |
| Gegen#Uwzeigerrichtung angetrieben. Diese |
| ze- igerrichtum verlaufende, Bewegung i et in Fig. |
| 4*4 APfeil $6'an'gedeutet. |
Bei der Bewegung der Schaufel
30 im Gegenuhrzeigereimn wird
das in deriammer 40 verbliebene Medium durch die Oeffnung 29 verdrängt. Die Kammer
40 wird durch die Nut, die Hülse und die enteprechenden Oberflächen de's Reaktionsblocke-o
und der Schaufel begrenzt und liegt der Kammer
35 gegenüber. Die Schaufel
30 wird vom Mediiut in der Kammer
35 weiter angetrieben, bis sie an
der Auslassöffnung
29 angelangt ist. Darnach strömt das Medium durch diese
Oeffnung ab. In der Zwischenzeit wird die Schaufel gegen den Reaktionsblock weiter
bewegt, und zwar infolge der Massenträgheit der Trommel. Bei der Annäherung der
Schaufel an den Bloök wird derselben durch nicht gezeigte Mittel eine erste Bewegung
erteilt, welche diese in Querrichtung so verschiebt, das8 sie sich am Reaktionsblock
vorbei bewegen kann. Nachdem-die Schaufel de-n Reaktionsblock passiert hat, erhält
sie eine zweite Querbewegung, die sie in die normale die Nut versperrende lage zurückbring#.
Mit der Entfernung der Schaufel vom Reaktionsblock bildet sich zwischen derselben
und dem Block innerhalb der Nut eine neue Arbeitskammer für das aus dem Einlaes
zu-
strömende Ilochdruckmedium, wodurch sich der beschriebene Vorgang wiederholt.
Der beschriebene Arbeitsvorgang ist derjenige eines Motors, weil demselben Energie
in Form eines Druckmediums zugeführ-t wird, wobei die Energie beim Durchgang durch
den Motor infolge Druckabfall freigegeben wird und der Motor diese freigegebene
Energie in mechanische Ener-Zie umwandelt, die als Drehung der Trommel wirksam wird
und die als Drehmoment vom Motor abgenommen werden kann. Selbstverständlich
kann
der beschriebenjApparat auch als Pumpe arbeiten, indem entweder die Hochdruck- und
Niederdruckanschlüsse gewechselt werden oder indem die Drehrichtung.der Trommel
-umgekehrt wird. Wenn die Maschine als Pumpe arbeitet" weil die Drehr ichtung geändert
wurde, sind die Oeffnungen
28 und
29 mit der Hoch- und Niederdruckseite
des Systems verbunden, wobei jedoch die Niederdrucköffnung zur EinlassU-4L»fnung
wirdt Währenddem die Hochdrucköffnung
28 den Auslass darstellt. Die Drehrichtung
der Trommel 20 ist'umgekehrt und es wird mechanische Energie aufgebraucht, um die
Trommel 20 und die Schaufe-1
30 anzutreiben. Somit strömt das Medlum, über.die
Oeffnung 29 und die Geffnung
28 durch den Apparat. Die mechanische Antriebsenergie
wird zu einer Vergrösserung des Energiegehaltes des Mediums verwendet und wirkt
sieh in einer Steigerung des Druckes an der Auälassöffnung
28 im Vergleich
zum Druck an der Einlas3öffnung
29 aus.
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Die beschriebene Maschine
kann als Motor in zwei Drehrichtungen betrieben-werden, indem die Drehrichtung der
Trommel durch Vertauschung der Hoch- und Niederdruckanschlüsse ge-,ändert werden
kann, ao.das
a die Oeffnung
29 den Hochdruckeinlass und die Oeffnung
28 den Niederdruckauslaes bildet. In der Verwendung als Pumpe kann sie ebenfalls
in zwei Drehrichtungen arbeiten" wobei einerseits durch Vertauschung der Artschlüsbe
und anderseits-durch Aenderung_der Drehrichtung der Trommel-die Fördex richtung
des Mediums verändert werdenkann.
Für den praktischen Betrieb sollte
die Maschine gemäne den Fig.
1 und-2 ein Rückschlagventil in der Nochdruckleitung
aufweisen um ein Rücketrömen des Mediume von der Hochdrucköffniing über die Nut
26 an die Niederdrucköffnung zu-verhindern, wenn sich die Schaufel am Block
27 vorbeibewegt.'Ebenso sollte in der Niederdruckleitung ein Rückschlagventil
vorgesehen sein, um eine momentane Umkehrung der Strömung im vorgenannten Zeitpunkt
zu verhindern. Wie später beschrieben wird, lassen sich solche-Rückschlagventile'oder
ähnliche Elä-" mente dutch Verwendu-n& von mindestens zwei Söhaufein pro Reaktionßblock
vermeiden.
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Eine Maschine von der im vorstehenden allgemein beschriebenen Art
ist bekannt. Die bekannte Maschine weist jedoch eine grössere Zahl von Nachteilen
aufg von welchen zt. B, übermässige Reibung und Verklemmung zwischen den Teilen,
Abnützung und etark& Vibration genannt werden sollen. Die erwähnten Nachteile
werden-in erster linie-durch die Wirkung von Kräften auf die Teile der Maschine
verursacht, welche *eder ausgeglichen noch auf ein zulässiges Nase reduziert.sind.
Diese Kräfte verändern sich im allgemeinen in direkte.r Ab-
hängigkeit vom
Druck des Mediums in deZ Maschine oder direkt mit dem Quadrat,der Drehzahl
oder in direkter Abhängig;-keit von beiden.
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Bei'n:Ledrigem Druck una bei kleiner Drehzahl we$nt die Naachine unzulässige
Abüützungy Reibung und Vi'br4tj..,ozi, auf. Wenn Druick und/oder brehzahl gesteigert
wer'deAe--And AbgUt,-#
zung, Reibung und Vibration' so grose dass
deren praktische Verwendun ß veriinmöglicht wird.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt deshalb eine Maschine zu schaffen,
bei welcher die vorgenannt-en Nachteile bei allen Druck- und Drehzahlverhältriiesen
und insbesondere.bei hohem Druck und hoher. Geschwindigkeit vermieden werden. Ein
weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Maschine, bei welcher die erwähnten
nachtaLligen Wirkungen infolge unausgeglichenen Kräften# die-auf die Schaufeln wirken
vermieden werdeng wobei auch die Deformation der Schaufeln in Querrichtung auf ein
Minimum reduziert werden soll, und wobei die Bewegung derselben mit -einem geringeren
Kraftaufwand ermöglicht wird. Es soll weiterhin ein verbesserter Reaktionsblock
geschaffen werden. Einweiterer Zweck der Erfindung liegt in der VergröBeerung der
Schluckmenge bei der Verwene dung der Maschine als Pumpe und der Vergrösserung der
Leistung bei der Verwendung der Maschine als Motor..
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Aus den oben stehenden Erläuterungen ergibt sich, dass die Querbewegung
der Schaufeln durch-Nocken bzw. Steuerflächen -erzeugt wird und daso-die Mrung der
Schaufeln in Schlitgen erfolg'tg die.in dem-mii den Schaufeln in Verbindung stehenden.Tell
(Trommel oder H#lae) vorgesehen-sind.
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Wenn die angetriebenen Enden der Schaufeln über die-Schlitze diesen
Teiles vorstehen-würdeng so würden sie in seitlieher Richtung duroh-Kräfte deformiert,
die sei-tens der
ken oder Steuerflächeil unter einem Winkel zur
Schauf elaxe auf diese ausgeübt würden, Die seitlichen Deformationen würden ein
Blockieren der Schaufeln in ihren Schlitzen iait sich bringen. Erfindungsgemäss
wird diese Schwierigkeit dadurch vermieden, dass in demjenigen Teil eine Nut eingearbeitet
wird, in welchem die Schaufeln angeordnet sind, und zwar an dem den angetriebenen
Enden der Schaufeln benachbarten Ende des Teils, wobei. die Vertiefung die Führungss.chlitze
der Schaufeln durchstösst. Die Steuerflächen sind entsprechend so ausgebildet, dass
sie sich zur gebertragung der Querbewegung an die, Schaufel in die Vertiefung
erstrecken. In dieser Weise sind die Seiten der Schaufeln durch die Seitenwände
der Schlitze, in welchen pie geführt werdenin ihrem ganzen Bewegungsbereich geführt.
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c# Die Antriebskraft, welche von den Steuerflächen auf jede der Schaufeln
ausgeübt wird, eine mittlere Komponente die in Richtung der Schaufelaxe verläuft.
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Dieser A.i:itr-,i-e-bskraft wirken i#leich grosse und entgegenge#setzte
Kräfte entgegen, nämlich einerseits diejenige die aus der Massenbeschleunigung der
Schaufeln entsteht und diejenige, die durch die Reibung der Schaufel int Schlitz
verursacht wird. Wenn die entgegengesetzt gerichteten Kräfte mit ihrer Resultierenden
nicht genau in der Axe wirken, in welcher,die Antriebskraft angreift, erzeugt die
Versetzung der beiden Kraftrichtungen ein Moment, das die Tendenz hat, die Schaufel
im Schlitz zu verklemmen. Erfindungsgemäsä wird dies
'e3 Problem
dadurch vermieden, daso die Schaufel in ihrem Schlitz durch Lagermittel in der Nachbarschaft
ihrer Längeaxe abgestützt wird) und daso die Schaufel und die Steuerflächen relativ
zueinander so angeordnet werdeng daso die Resultierende der Antriebskraft und die
Resultierende der Gegenkräfte in der gleichen Axe liegen.
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Infolge der Tatsache" dass an der-einen Seite eines Reaktionsblockes
eine Hoclidruaköffnung.undauf der andern Seite eine Niederdrucköffnung angeordnet
ist, wird jeder Blobk an seinen beiden Seiten von verschieden grossen Druckkräften
belastet. Speziell im Falle der losen Befestigung des Blockes, die vorgesehen wird,
um eine selbettätige"Justierung desselben in Querrichtung zwecks Ausgleich von Ver'-änderungen
im Spiel zwischen Trommel und Hülse, Abnützung ode-r unterschiedlicher Wärmedehnung
vorgesehen wird, hat diese auf den Block wirksame Druckdifferenz die Tendenz,_
den Block in der Nut zu kippen. Erfindungegemäss wird.dieae. Tendenz dadurch vermieden,
indem ein Blockstück geschaffen wird, das einerseits den eigentlichen Reaktiolio!olock
und andererseits ein Paar von Flügeln bildet, die sich von entgegengesetzten Seiten
des Reaktionablockes in die Ringnut erstrecken. Diese Blöcke verhindern ein Kippen
des Blockes, überdies*sind die Flügel keilförmig um eine Querbewegung der Schaufeln
über den Winkelbereich, welcher --durch die Flügel eingenommen wird, zu,ermö,-lichen
und andererseits sind sie unterhöhltj um einen Ausgleich der Druckkräfte des Mediums
auf dieselben in Querrichtung der Nut zu schaffen.
Konstruktive
Erwägungen verlangent dann die Verdrängwenmaschine in ihrer Grösse begrenst wird
und dane aber bei dieaer Grösse eine ungewöhnlich hohe Schluokmenge im Pallä der
Verwendung als Pumpe und eine ungewöhnlich hohe Leistung bei Verwendung als Motor
vorgesehen wird. In diesem Zusammenhang wurde gefundeng daso die Schluckmenge oder
die Leistung einer Verdrängungemaschine von gegebener Grösse wesentlich gesteigert,
werden kann,_ indem die Winkelbereichegitber welche sich die Schaufeln in Querbewegung
befinden, vergröeeert werden; Es
wurde weiter gefundän, dann die VergrUsgerung
des Winkelbereiches auf unterschiedliche Weine möglich ist# nämlich indem jeden
Intervall an seinem dem benachbarten Reaktionablock sich über die Winkellage hinaus
erstreckt, die durch, die Mittellinie, einer dem Block meglich nahe-benaohbarteng
jWdochimmer -noch unter einer OeffnunS liegenden Sobautel det#niert'-iet; indem
je&s Intervall an seinem vom benachbarten Reaktionnblook entlag* eretreckt,
die durch diefernten Ende sich über die Winkel Mittellage'einer vom Blook möglichst
weit entfirüten,.jedocIL auf beiden Seiten immer noch mit gleiellen DrUcken belanteten
Schaufel definiert Ist und indem die Zahl der Schaufel-pro Block über zwei gesteigert
wirdv wobei diese Vergröeaerung der Schaufelzahl pro Block eine Verkleinerung den
Arbeiteintervallee pro Schaufel unü eine dementsprochende Verlängerung den Winkelintervalle
mit sich bringt, währen welchem die Schaufeln eine Querbewegung ausführen.
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Es sollen-nunmehr die weiteren Figuren der Zeichnung im Detail
erläutert
werden.
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Bei dem In Pig. 3 und 4 dargestellten Ausführungebeispiel
ist eine etationäre Hülse 40 in einem zylindrischen Maschinengehäuse 41 ang7eordnet.
Die Innenfläche der Gehäuaebohrung und die Aussenfläche der Hülse können mit entsprechendem
leichten konisahen Anzug versehen sein, um einen guten metallischen Kontakt zwischen
dem Gehäuse und der Hülse-zu bewirken" wenn-die Hüloe unter Druck in die Bohrung
den Gehäuses,eingeschoben wird. Die axiale Lage der Hülse 40 im Gehäuse 41 kann
durch entsprechende Verdre#Ung, der Einstellechrauben 41a bestimmt werdeng welche
Schrauben in Gewindebohrungen 41b angeordnet sind, die hälftig durch das Gehäuse
und durch die Hülse gebildet werden.
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Die Hülee 40 umgibt eine drehbare Trommel 42 und ist von dieser durch
einen sich in axialer Richtung erstreckenden Ringraum 43 getrennt. Die Innenfläche
der Hülse und die Aussenfläche der Trommel sind mit leichtem konIschem Anzug versehen,
um das Spiel zwischen Trommel und Hülse durch RelativverBchiebung der beiden Teile
einzustellen. Das Spiel zwischen Trommel und Hülse wird no klein gehalten, dann
eine freie Drehung.der Trommel gerade noch möglich ist, um hierdurch Leckverluste
über den Spielraum 4#3 auf ein Minimum zu reduzie'ren, Die xylindrieche Trommel
42 ist mittels Keilen 44 auf einer
Welle 45 (Pig.-4) befestigt,
welche innerhalb des Gehäuae§hut einem Paar von-Lägern 46 und 47t die voneinander
in axialer Richtung dictanzier't sind, frei drehbar. An ihrem rechtsseitigen Ende
erstreckt sich die Welle 45 durch eine Dichtung 48' aue dem Gehäuse heraus, welche
Dichtung das Ausströmen von Flüssigkeit vermeiden soll. Das linksseitige Ende der-Welle
liegt vor einer Stirnplatte 49, die dieses Ende der Maschine abschlieset. Zwischen
der Stirnplatte 49 und dem benachbarten Ende der Welle 45 ist ein Raum 491 vorgesehen,
der-ein Reservoir zum Sammeln des Mediums bildet, das durch den Raum 43 oder in
der Trommel 42 gebildete später näher beschriebene Schlitze abströmt.'Um den Druck
- des Mediums an beiden Enden der Welle auszugleichen, ist eine axiale
Bohrung 45' vorgesehen, die mit radialen Bohrungen 44' in Verbindung steht. In dieser
Weise ist ein Ausgleich der Dru-akkräfte geschaffeng welche auf die Trommel und
die nachfolgend beschriebenen Schaufeln in dereelben ausgeübt werden. Eine zentrale
Oeffnung-50 in der Stirnplatte 49 gestattet das Abströmen von Leckmedium,
welches aus "dem Arbeitsbereich der Maschine entwichen ii3t.
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Der Arbeitsbereich der Maschine wird durch eine Anzahl voü Ringnuten
559 55ae 55b und 55o gebildetg die rechteaktörmigen Querschnitt
aufweisen und in axialer Richtung voneinander dietanziert in der Trommel 42- vorgesehen
sind. Ihnerhalb jeder dieser Nuten sind in radial en-tgegengöäetzter lage zwel Reaktione.
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blöcke vorgesehen.. So sind z*B. in der Nut 55'diametral ent .ge
gegengesetzt
Reaktionablöcke 56 und 57 (Pig. 3) vorgesehen. Von den in den
übrigen Nuten vorgesehenen Reaktionsblöcken sind nur die unte:ren.d.h,. 57a,
57b und 570 in Fig. 4 dargestellt. Die vier unteren und vier oberen
Reaktionsblöcke sind in axialer Richtung ausgerichtet.
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Die Reaktlonsblöcke 56 und 57 werden bezüglich der Hülse
40 durch Stifte 58 und 59 in vorbestimmter axialer Iage gehalten.
Aohnliche Stifte sind vorgesehenum die übrigen Blöcke bezüglieh der Hülso 40 in
vorbeßtimmter Winkellage zu halten. Wie auä Fig. 4 hervorgeht, sind die Köpfe-der
Stifte für die unteren vier Reaktionsblöcke in einer in der Hülse 40 vorgesehenen
schlitzförmigen Verti.etung a4geordnet. Die Köpfe der Stifte für die öberen vier
Reaktionablöcke weisen eine entsprechende Änordnung auf. Die Aeaktionsblöcke und
ihre Befestigung wird später näher beschrieben. Zusätzlich zu den viet Nuten,55-550
sind in'der Trommel, 42 acht axiale Blöcke 65 (Rig. 3)- vorgesehene die zueinander
um Winkel von 45 0 in Umfangerichtung versetzt sind. Die Schlitze
65 durchatoseen in axialer Richtung die vier Nutenund erotrecken sich tiefer
in die Trommel als diese Nuten. In &en Schlitzen 65 ist eine entsprechende
Zahl von Schaufeln 66 axial verschiebbar angeordnet,. Wie aus Pig.
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4 hervorgeht, besitzt jede Schaufel zwei axial voneinander distanzierte
Endteile'67 und 68 und zwischen denselben -eine Anzahl von in axialer Richtung
voneinander distanzierten Mittelteilen
von geringerer radialer
Erstreckung. Die Mittelteile in den-Schaufeln sind durch rechteckige Einschnitte
70, 70a, 70b und 700 gebildet. die sich in radialer Richtung von der
Schaufelkante 71 nach einwärte erstreckent welche Schaufelkante dem Spielraum
43 zwischen der Trommel 42 und der Hülee 4Q be-
nachbart ist. Die Einschnitte
entsprechen den guten 55-55at jeder Einschnitt weist eine axiale und radiale Erstreckung
aufs welche auameicht, um mit Spiel jeden der beiden Reaktionablöcke in der entsprechenden
Nut aufzunehmens wenn die Schaufel beim Passieren des Blockes aus ihrer Arbeitsstellung
gemäse Fige 4 naäh rechts verschoben wird. Beim Passieren der Blöcke liegen die
Mittellinien der Einschnitte 70-70c.so, daso siemit den Mittellinien der entsprechenden
Nuten in der Trommel 42 übereinstimmen. Bei der Verschiebung der Schaufel in ihre
die Blöcke passierende Stellung kann sie entweder an allen oberen oder an allen
unteren Reaktionsblöcken vorbeibewegt werden, ela die Schaufel bezüglich der Blöcke
infolge der Drehung 4er Trommel eine Winkelbewegung ausführen.
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Die in Pig. 4 dargestellte Lage der Schaufel 66 Ist deren Arbeitelage.
Die Schaufeln sind so ausgebildet, dase-sie in ihren Arbeitelagen sich mit vollen
Teilen über die Nuten eretreoken" um alle diese guten zu versperren. Somit wird
auch eine.Strömung des Mediums in Umfangsrichtung der Nuten durch die Schaufeln
unterbunden, wenn die-Maschine als Motor verwendet wir , d oder
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ha n. wenn die Ma-Umgekehrt, a Medium in allen Nuten angetriebeochineals
Pumpe arbeitet.
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Um jede der Schaufeln 66 zwischen der Arbeitelage, in welcher
die vier-Nuten versperrt werden uäd der unwirksamen Lage in weloher die Reaktionablöcke
freigegeben werden# hin und her zu verschieben, ist jede derselben mit Gegenflächen
7-5-und 76 versehen, Die linksseitige Gegenfläche 75 (Fig. 4) ist
von einer Steuerfläche 77 der Steuerhülee 78 angetriebeng'welche am
linkeseitigen Ende der Maschine zwischen der Hülee 40, der Stirnplatte
49 und dem Lager 46 gngeordnet ist. In entsprechender Weise -wird die reehtsseitige
Gegenfläche 76 der Schaufel 66 durch.die Steuerfläche 79 einer
Steuerhülse 80 angetrieben, die am rechtsaeitigen Ende der Maschine zwischen
der Hülse 40 und der Dichtung 48 angeordnet ist. Die Nockenhüloen 78 und
80 sind in axialer Riehtung relativ zur Hülse 40 durch Drehung der Einstelleabraube
81 verstellbar, welche in Gewindebohrungen eingesehraubtisindg die in der
Trennfläche zwischen Hülee 40 und Nockenhüleen 78 und 00 gebildet
sind. Die erwäimten Nockenhülsen können derart von Zeit zu Zeit In axialer-Richtung
justi-ert 'Werden- -Bgel-Zwio-ehen den Steuerflächen 77t 79 und den Geule
gen Mehm- 75 76 auszugleichen. he vorgesehener Verteiler
85 für d s' iged:tum Vertei. 2
ler-86 mit
einem Sumpf in Verbindung stehen kann. Druckquelle und Sumpf sind nicht dargestellt.
Der Verteiler 85 wirkt somit als Hochdruckverteiler, währenddem'der Verteiler
86 den Niederdruckverteiler bildet. Selbstveretändliäh ist es auch möglich,_*
den Verteiler 86 als hochdruckseitigen und den Verteiler 85
als niederdruckseitigen
Anschluaß zu verwenden. Die beiden Verteiler bilden Ringkammerng die zwischen dem
Gehäuse 41 und der Hülse 40 vorgesehen sind. Der Verteiler-85 steht mit Verteilleitungen
87-und 88 in Verbindung, welche wie aus dem Querschnitt der Maschine (Pig.
3) hervorgeht, gekrümmt sind, und welehe wie aus Fig. 4 ersichtlich ist,
sich in axialer Richtung nach rechte erstrecken,'und zwar zwischen dem Gehäuse und
der Hülse. Ringförmige Rippen 85a und 85b wirken als Schikanen zwischen dem
Teil 85 und den Leitungen 87 und 88. Die Leitung
87
steht mit einer Mehrzahl von Hochdruaköffnungen 891, 89a,
89b
und 8ge in Verbindung, die ihrerseits in die Nuten 55-550 münden.
Die Leitung 88 ist mit einer Anzahl von Hochdruaköffnungen verbunden, von
denen in Fig. 3 nur die Oeffnung 90 dargestellt ist. Sämtliche der
Oeffnungen münden jedoch ebehfalle in je eine der Nuten und sind bezüglich der erstgenannten
Gruppe von Hochdrucköffnungen diametral gegenüberliegend angeordnet.
-
Der Verteiler 86 steht mit einem Paar von Verteilkanälen
91 und 92 in Verbindu#Ig-, die zueinander in diametraler Lage angeordnet
sind und gekrümmte, Ausbildung aufweisen, w#e dies aus dem Querschnitt
durch
die Maschine (Fig. 3.) hervorgeht. Gekrümmte Rippen 86a und 86b wirken-als
Schikanen zwischen dem Verteiler 86
und den Leitungen 91-und 92. Die Leitung
91 steht mit-einer #Mehrzahl von Niederdrucköffnungen, von denen nur die
Oeffnung--#3 gezeigi ist, in wobei didee Oeffnungen. in die Nuten 55-55c münden.Die
Leitung 92 ist mit einer entsprechenden Zahl von weiteren Niede#rdruoköffnungen,
von denen die Oeffnung 94 gezeigt ist, in Verbindung, wobei diese,zweite Gruppe-von
Oef.tnung-en der eratgenannten Gruppe von Niederdrucköffnungen diametral gegenüber
in-die entsprechenden-Nuten-münd.en.-Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind dieOeffnungen
In den Nuten so verteilt, dass, zwischen-je zwei Hochdruaköffnungen eine Niederdru-okbffnung-I:Legt.
Ueberdies ist die.Verteilung der-Oeffnungen bezüälich der Reaktionsblöcke
56 und 57 in der Nut 55 s#, dase auf.den entgegengesetz.ten,Seiten
jedes,Reaktionsblockes eine Niederdrucköffnung und eine Hochdrucköffnung liegt,'
wobei die nähere BegrenzuAgskante der Oef-fnung,,i3i,ch im wesentlichen bis ,zum
Mittelteil des--Reaktio"bldokea-erBtreckt. Die-gleiche Verteilung gilt für die-Oeffnungen,---die
In die anderen drei Nuten 55a, 55b und 55a der Trommel münden,-Die
Anordnung in diesen drei weiteren Nuten ist somit ebenfalls sot dase wie in der
Nut 55 auf der rechten Seite (Fig.,-3) des oberen'Reaktiongblockes eine Hochdrucköffnung
einmündet, währenddem,auf der linken Seite eine Niederdruaköffnung vorgesehen
istg und-dass auf der rechten Seite dea unteren Reäktionablockes eine' Niederdrucköffnung
und
auf der linken Seite.eineiRochdrucköffnung liegt., Die Gruppen von aufeinander ausgerichteten
Oeffnungen_89, 89
89b und 89a sind voneinander durch gekrümmte.Rippen
getrennt# die-in der Hülse 40 gebildet sind. Im Azialschnitt weisen die Oeffnungen
einen Teil 84a mit nach auswärts geneigten Wänden unj einen Teil 84b mit
vertikalen Wänden'auf, wobei der Teil 84b radial einwärts bezüglich des Teilee
84a-anachlieast. Diese Ausbildung ist an der Oeffnung 89 in Fig. 4 dargestellt-.
Nach--. dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Nuten und deren zugehörige Teile
alle gleich eind,- und, nachdem die #ltirkungßweiae in jeder Nut dieselbe ist, wird
im nachetehenden nur die Nut 55
weiter erläutert.
-
In Fig. 5 ist eine Abwicklung,eines Winkelbereichen der Hülse
40 dargestelltg wobei dies.e4en Reaktionablock 56 in,der Nut 5,5
und
die in diese mündenden Oeffnungen 89 und 93,*oowie die entsprechenden Teile
der Steuerflächen 77 und 79 einschliesst. 1)io-.aer.Teil der Abwicklung
wiederholt sich, jedoch über den Umfang.. sodase die Erläuterung auch für den andern
Abwicklungsteil gilt. Von rechte nach linke-betrachtet sind die SteÜerflächen
77 und, 79-111 einen Ruheabschnitt 100t einen sich nach linke bis zur* -Mittellinie
10# de-a Reaktiensblockea 86 erstreckenden Steuerabachnittg einen weiteren-Steuerabsohnitt
103 symmetrisch zum Steuerabschnitt 101 bezüglich der Mittellirte
102 und einen weiteren Rüheabschnitt 104 unterteilt. Aue später erläuterten
Gründen
erätrecken sich die Steuerabschnitte 101 und 103 an beiden Enden über
die Winkelbereiche hinaus, welche die entsprechenden Oeffhungen 89 und
93 einnehmen.
-
Die dargestellten Abschnitte der-Steuerflächen.sind ausgebildet, um
die Axiallage einer Schaufel, die sich in einer Rotationsbewegung bezüg lieh der
Abwicklung
% in Fig.
15 von rechte nach links bewegt, wie folgt-.
Wenn sich die Schaufel im Bereich des Rüheabschnitte
100 befindet, halten
die öteuerflächen
77 und
79 dieselbe in derjenigen Lage, in welcher
sie mit einem volle n Teil'die Nut
55 in der Trommel 42 abßperrt. In dieser
Lage bleibt die Schaufel in der Querrithtung stationärg da die entsprechenden Abschnitte
der Steuerflächen in-zur Axe der Trommel senkrechten.Ebenen liegen. Wenn sich die
Schaufel gegen den Steuerabschnitt
101 bewegt, erteilen die Krümmungen der
Steuerflächen
77 und
79 der Schaufel eine axial gerichtete Bewegung,
welche diese aus ihrer normalen Lage verschiebt, und zwar bezüglich Pig. 4 nach
rechts. Der Weg der Verschiebungj welchen dte Schaufel unter derEinwirkung-des Steuerabschnittes
101 zurücklegt9 genügt, um sie mit ihrem Einschnitt
70 dem Reaktionobloek
56 mit Spiel passieren zu lassen., Infolge ihrer Drehbewegung wird sieh die
Schaufel somit am Reaktionablock Vorbei-bewegen. Beim Uebergang der Schaufel-vom
Steuerabschnitt Steuerabschnitt
103 wird die Bewegung der Schaufel re-Versierte
sodasg sie sich in entgegengesetzter Richtung zuruok.
| bev,re-gt und- am Endä des Steuerab##chnittes -wiedbr in,der
Ur- |
| 'Arbeits 1.b e |
| sprungs.- oder lage änlängt Die-Soliaufel v rbleibt'in" |
| dieser letztgeiiaiuiten Lage über'den Bereich dds'Ruheabschnittes |
| 1049 bis derselbeh-Wieder eine neue- axiale Bewegung erteilt-'
J |
| wird,-ui;i die Passagezam-Rea.i#tion#ablöck 57 votbei
zu e* rmö gl. i |
| chen #zer wie aus Fie,. 3 hervorgeht, bezüglich dem
R#-äk-tiöns-, |
| block 5 6 um 1.80 vers:etzt ist. |
| Um' 'S) C iauf e in- -hin uncl her zu bewege#n, müssen
di'e'2teuerflä-i- |
| Chen s- 0 da.-"s' Beschl eunigungs- -uhd Ve- rzogerungs |
| kräfte Über,#tragen'watden köhnen. Bei'Iänüeiem Betrieb rufen
die..# |
| so ur.##.d Beviegungeh der Schaufeln an denselben und
an den |
| beträchtliche Abnützung hervor. Es wurde jedoch |
| gefundeit- de diese Abhützüng au.-PL ein Minimum -nüuziert-werden
» |
| kann, wönn die' Steuärflächen einer Kurve entsprechend, bei
wel-: |
| eher, mathematisch betrachtet, die ärste-und die*zweite A'blei-- |
| tung an beiden Punkten, die den-Bliden der Steuerabschnit-tö
ent- |
| sprecheh,9 Null ist. EineXurve mit einem derartigen
V , erlau:r |
| kann mittels bekannter mathematischer Methoden berechnet werden-, |
| Aus der Besehreibung'der Figo 1 und 2 und aus der voretehenden- |
| näheren Rrläuterung des'Aus-führungsbeIepiels'nach den Fig.
3' |
| und 4 dürfte'-die Wirkungsweise desselben klar sein-. Wenn
die |
| Schaufeln 66-duroh däs'Druckmedium beaufschlagt werden, das |
| duroh den Hochdruckve:ü:beiler 85 eintritt.und durch
den Nieder--# |
.druckverteiler
86 ausströmt, wird die Trommel 42 bezüglich
Fig. 3.im Uhrzeigersinn angetrieben, sodase die Maschine als Motor arbeitet. Wenn
andererseits die Schaufeln
66 Medium fördern, -das durch die Niederdruckseite
86 eintritt und an der Hoch-.druckseite
85 austritt, ist die Drehrichtung
der Trommel 42 Im Gegenuhrzeigereinn4 sodass die Maschine als Pumpe wirkt. Die Maschine.kann
allerdings von einem Motor in eine Pumpe umgewandelt werden, indem bei gleicher
im Uhrzeigersinn verlaufen-'-der Drehbewegung die Anschlüsse an die Verteiler
85 und
86 ausgetauscht werden, sodass der Verteiler
86 die
Hochdruckseite und der Verteiler-85 die Niederdruckzeite bildet.
-
Es wurde schon-erwähnt, dass eines der schwierigen Probleme
bei-solchen Maschinen dasje-nige des Ausgleichs-oder der Kompensation der Kräfte
ist, die durch das Druckmedium auf die verschiedenen mechanischen Teile einwirken.
Ein solcher Ausgleich oder eine Kompensation, sollte im Idealfall in'allen drei
Richtungen, d.h. in Umfangerichtung, in.radialer Richtung und in axialer Richtung
erreicht werden. Damit besser verständ-' -lieh wird, was unter einem solchen Ausgleich
oder Kompensation' in allen drei Richtungen zu verstehen ist., wird auf Fig.
6 verwiesen, in welcher eine Schaufel 66 schematisch.dargeatellt ist-.
Daraus geht hervor" daso die Schaufel 66 nach linke und nach rechts gerichteten
Umfangskräften ausgesetzt ist, die durch die'-P:feile 110 und 111
angedeutet sind; Weiter'aufwärts und abwärts gerichtdten Radtalkräften# dargestellt"durch
die
Pfeile 112 und, 113 und überdies nach linke und nach
rechte gerichteten Axialkräften einerseits durchdie Pfeile 114 und 115 und
andererseits durch die Pfeile 116 und 117 angedeutet. Die meisten
dieserKräfte entstehen durch den Druck den Mediums in der Maschine. Es werden nun
die verschiedenen Wege untersucht, in welche die Maschine diese Kräfte ausgleicht
oder anderweitig neutralisiert.
-
Im Ausführungsbeispiel gemäaß Pig. 3 und 4 wirkt der Druck
des Mediums in-axial entgegengesetzten Richtungen auf die beiden Seitenwände
118 und 119 der Nut 559 die in der Trommel 42 gebildet-ist.
Die beiden Seitenwände den-Einschiiittea- 70 in der Uahaufel 66 werden
mit gleichen Kräften in axial entgegenge--. setzter Richtung beaufachlagt. Der Ausgleich'der
Kräfte an den Stirnendeh der Schaufel mittels der Leitung 4511 und 44 t ist schon
erläutert wordene wodurch-sowohl die Trommel 42 als auch die Schaufel
66 in Bezug auf die Flünsigkeitskrätte in azialer. Richtung einen Ausgleich
erfährt.
-
Die Druckdifferenz den.Mediums an den Hochdrucköffnungen
89 und
90 bezüglich, den Niederdruckdffnungen
93 und 94 kann,
au. schi#er#-wiegender Unwucht der Maschine und
den drehbaren Teilee £Uhren.'
Eine solche radiale Unwucht würde z.B. bentehene wenh lediglich#, .eine Hoch.drucköffnung
und nur eine Njederdrucköffnung vorhanden wäre. Iin dargestellten Auaführungabeispiel
sind. jedoch
'je zwei
| Oeffnungän4&leichen-Druckes vorgeseb:en#-1-die---in."Uiüfängeridhtung-#- |
| gleiche Abstände-,voneinande-t aufweisen-,und,iBe;sind-überdies-- |
| mindestene-zwei-Reaktionsblöcke vorgesehen, -die eben:blls
gleich- |
| mäseig.versetzt sind,6-Durch-diese-Anordnung-der.Hochdruck-
und |
| -Niederdruaköffnungen ist der Druokides'#lV[ediuma'-an-beiden-Hoch- |
| druckUfnungen.-gleich grose, sodaseidie radialen-Kräfte-einani- |
| der aufheben, In ähnlicher WeiBe sind auch--diö radialen-Kräfte-- |
| einander entgegengesetzt und gleich grose so weit sie an der |
| Nie.derdrixo,kbff.nung, vorherrschen, äodass- hier-# ebenfalls
ein Aus- |
| glei,o,h.-vQehanden:.ist. BezügLich der Oeffnungen-für das
Druck-- |
| medium jUi.nd..deahalb-.eowohl#Maschine wie auch drehbarer
Teil#,-- |
| in j*,d#,gler-,#KrtLftrichtung ausgeglichen-,' |
| Grundsätzl.:ich kann-der,.Anagleich,«der..radial gerichteten,Kräfte- |
| durch . j ede. Anzahl - you Paaren von Einlase-
und.Auellaseöffnungen |
| erreicht-werdeng sofern dieaer zwei-übersteigt undeofern-so-.- |
| wohl die.Binlaaaö£f4ungen-wie auch die Auolassöffnungen gleich-- |
| mäeaig über den Umfang der Nut verteiit sind und.immer
eine |
| Hochdruaköftnung einer Niederdrucköffnung folgt. Z.B. kann
der |
| Rotor in-radialer Richtung ausgeglichen werdenp wenn drei Ein- |
| laseöffnungen und drei -(un d deshalb Reaktiona,- |
| blöcke)-#vörh'imden eindv Indem die Einassöffnungen und die
Aue- |
| um a 12-0'># in -er gut vernetzt angeordnet eLnd und, |
| abwechseln. Wenn die-Mülase- und AuslasS4Mungen |
| 80-, omgeöiettet eindg werden die von der De£ fnumg"herrührendene |
auf- den Rotor einwirkenden Kräfte sich das Gleichgewicht halten,
äa diese Kräfte mit entsprechenden Komponenten und in entsprechenden Richtungen
in der Radialebene wirksam sind, um ein stabiles Gleichgewicht des Rotor in dieser
Radialebene hervorzurufen. Mit andern Worten ist die algebraische Summe aller dieser
auf den Rotors in der Radialebene Null und die al-ii-ebra'it3elic-Summe der auf
den Rotor in der Radialebene einwirkenden Idom2-iite ist ebenfalls Null.
-
Wenn zwei oder mehr Einlassöffnungen und ebenso viele Auslaseöffnungen
in eine gemeinsame Nut münden, ist es zur Erreichung eines radialen GleichgeWichtes
notwendig, dass die Reaktionsblöcke über den Umfang der Nut gleichmässig verteilt
sind. Uel)e:rdies ist es ebenoo.wichtigg daes die Schaufeln ebenfalls eine gleichmäseige
Verteilung aufweisen, wobei die Zahl derselben aus später näher erläuterten Gründen
vorzugsweise grösser.als die zweifache Anzahl der Reaktionablöcke ist. Im Ausführungsbeispiel
nach Fig. 3 und 4 ist dieB berückeichtiüt, wobei, wie aus Fig.
3 hervorgeht, acht Schaufeln über den Umfang der Trommel gleichmässig verteilt
sind, und wobei ihre Zahl dem vierfachen der Anzahl der Reaktionsblöcke entspricht,
von denen zwei, nämlich die Reaktionablöcke 56 und 57 vorgesehen sind.
Unter diesen Umständen läset sich ein sehr guter radialer Ausgleich erzielen.
-
Die Schaufeln -werden durch das Medium radial einwärte gerichte-#ar
Kräften- ausgesetzt. Diee-e Kr--Ifte h#iben die TcrAt-nz, die Scheilfeln
auf
den Boden der axialen Schlitze 65 gu pressen, äodaso deren Verschiebung-in
den Schlitzen erschwert wird.
-
Dieses Problem kann in der folgendent anhand von Fig. 4 erläu-#terten
Weise überwunden werden.
-
a) Oeffnungen.120" die sich radial durch-jede Schaufel erstrekken
und in axialer Richtung verteilt sind, oodaso jede Oeffnung in der Mitte der entsprechenden
Nut 55, 55&, 55b und 55o
liegt. wenn sich die Schaufel in der Arbeitsatellung-befindet.
-
b) Vertiefungen,121 am Boden jedes Schlitzes 65 unmittelbar
unterhalb der Nuten 55 - 550, wobei jede Vertiefung In der Mitte einer Nut
liegt und je eine der Oeffnungen 120-in eine der Vertiefungen mündet.
-
c) Kanäle 122, die aus den Einschnitten jeder Schaufel an die
untere Kante derselben verlaufen und die'z.B. äu-beiden Seitenflächen derselben
sich'in radialer Richtung ünterhalb der Einschnitte erstrecken können.
-
d) Vertiefungen 123 in der Bodenfläche jeder Schaufel
unmittelbar unterhalb den.Einschnitten und in der gletehen Querschnitteebene verlaufend,
wobei die-Vertietungen mit den-Kanälen l#2 in Veisbindung stehen, die sich vom entsprechenden
E-Inochnitt radial einwärts erstrecken4
Die oben beschriebene Kombinat#ion
von Ülementen gestättetg die Kräfte des Druckroediums7. welche auf die Ober- und
Unterseite jeder Schaufel,wirkeng auszugleichen. Dieser Kräfteausgleich vermeidet
einen grossig-n Teil der.Reibung7 welche bei der Bewegung-der Schaufe#2-,Ii# den
Schlitzen entsteht.
-
Im einzelnen dienen die Oeffnungen 120 und 122 zusammen mit der Vertiefung
121 und dem Finschnitt 123 zur Ausgleich der radial einwärts. auf die Schaufel
einwirkende_ny durch das
Medium hervorgerufenen Druckwerte zu jedem Zeitpunkt
wie folgt. Die Umfangsbewegung der Schaufel bringt diese vorerst unter eine Höchdrucköffnung
in einem Zeitpunkt, wo sich. dieselbe in der in Fig. 8 gezeigten Arbeitslage
befindetg in velcher sie-die Nut versperrt. In diesem Zeitpunkt strömt eine kleine
Menge von Druckflüssigkeit aus der Hochdrucköffnung durch die Oeffnung 120 in die
Vertiefung,121% die als.Reservoir fUr das Hochdruckmedium dient. Wenn sich das*
Medium in dieser Vertiefung befindetg übt es auf die Schau-Zel einen Druck aus$
der einer nach aussen gerichteten Kraft entspricht und der sich somit der radial
einwärts gerichte-'ten Kraft entgegensetzt9 welche auf die Schaufel aus dem Spielraum
43 zwischen derselben und der Hülse 40 ausgeübt wird. Zudem strömt eine.kleine Lenge
von Medium in der Vertiefung zwischen die Söhaufelunterseite und den Boden des Schlitzes
und dient als Schmiermittel um den Beibungskoeffizient zwischen diesen#beiden Flächen
zu verringern. Das Re.
sultat der beiden Massnahmen, d.h.. der
Kompensation der auf die Schaufel einWirkenden einwärts gerichteten Kraft und die
Reduktion des Reibungskoeffizienten zifi"ischen Schaufel und Boden des Schlitzes
ist eine wesentliche Verringerung der Reibungskraft5 die sich der Axialbeviegung
der Schaufel entgegensetzt. Währenddem die Schaufel 66 sich unter d(--,r.Ilochdrucl"öffnung
befindetg beginnt sie ihre Bewegunggdie Ihr erteil t wird, um den Beaktionsblock
freizugeben. In Fig. 9 ist.die Lage der Se#,aufel dargestellt$ die diese
sofort nach Beginn der Axialbewegung einnirrmt. Die Beiviegung ist beendet-" #,.,enn
die Schaufel sich in die in Fig. 3.0 dargestellteLage nach links verschoben
hat$ in welcher die Vertiefung 70 sich unter dem Beaktionst)loc','
56 befindet, d.hü in welcher die Schaufel sich am Reaktionsblock vorbeibev..,egt.
In diesem Zeitpunkt ist-die Oeffnung 120 nach liiiks verschobeny sodae,ä deren Verbindung
mit der Vertiefung,' 121 im Boden des Schlitzes unterbrochen ist.
-
Wenn gich die Schaufel. so zu bewegen beginnt, dass sie mit ihrer
Vertiefung
70 In gleichehucht mit der Oef#nung
89 (Fig.
9) ge-3.angty -wird der Druck des Mediums nicht nur auf die-, Fläche der
Schaufel, dic sich direkt unter der Oeffnung befindet ausgeübtg sondern auch auf
die sich In axialer Richtung erstreckende Fläehe des Finschnittes
70. Wenn
in der Schaufel ein Einschnitt
123
nicht vorgesehen wäre,) on wUrde diesem
nach einwärts ger-'..chteteng auf beide Oberseiten det Schaufel wirkende Druck ein
nach auswUrts gerichteter Druck entgegenwirken.) der nur diesen Flächenteil der
Unterseite der Schaufel beaufschla-gen wUrdeg welcher
| (if--r Vertie-Unng 121 liegt.- sodass sich die nach |
| und die nach auswärts gerichte'tE--n ELräfte, das Gleich- |
| gericht niel,t halten wlirden. Weil jedoch die Vertiefung
123 |
| in der Schaufel vorgesehen ist! entspricht die Fläche, an- |
| welcher das Druckmedium an der Unterseite der Schaufel angrei-' |
| fen kann zu jedeut Zeitpunkt der Fllichel welche vom Druckmedium |
| ait d(-.r Oberseite eer Schaufel beaufschlagt ujrd, sodass
dem- |
| zufolge die Schaufel. während ihrer ganzen Axialbei.,je-güng
unter- |
| einander '#bnipen-#,ziei-endei i radial einwärts und äusriarts
gerich- |
| teten Krclzften steht. Die Oeffnungen 120 und 122 dienen dabei |
| und in Falle der Oeffnuqg auch ur eine klei- |
| ne Venge iron Mediur an den Grund des Schlitzes zu '-Leiten,
-die |
| Mort- -ils Schniermitte-11 virk##t. Die Oeffnungen 120 un
(71 -12- e soll- |
| 't-.f--2n iccl.ce'.fi so klein w#r- r-.öf."lich -ehalten
-trc-i-den, um eine Ver- |
| #filir1...ungs-grades zu vermeiden, |
| t den Druckkräften derart entg genzuwirkens flass
di. Blok- |
| der 1-)ehai.ifeln it; den Schlitzen durch entgegengesetzt |
| Kräfte "lerhindcrt wird, ist es auch möglictig Yiirel- |
| lagcr J4CUr die Schaufeln vorzusehen. Bei Lagern diescr Art
wie |
| auch bei ande-,rn Lagertypen stellt das in Fig. 7 illustrier- |
| to Problem. In diese, Figur ist schernatisch dargestellt.,
dass |
| die Schaufel. 66 auf dem Boden des Schlitzes durch Kugeln
97 und |
| 98 abgestützt ist3 wobei die Schaufel durch die Steuerfläche
77 |
| der'Steuerhillse 78 nach rechts verschoben wird. Um
diese Ver- |
| schiebung züi bewirken, übt die Steuerfläche 7? auf
die Schaufel |
| 66 eine Kraft ausq die durch den Pfeil Fy in
ihrer 1-.-littelliiii«e |
| dargestellt irt. Dieser Antriebskraft wirken zwei Kräfte ent- |
gegeny nämlich a) eine Kraft die in ihrer 1--fittellinie durch
den Pfeil F M dargestellt ist und welche der 1--lasse x Beschleunigung der Schaufel
66 gleich ist, und
b) eine Kraft angedeutet durch den Pfeil
F., die eine Reibungskraft ist und auf die Kugeln
97 und
98 am Boden der Schaufel
66 ausgeübt wird. Die Resultierende der Kräfte
F M und F
f ist eine Kraft, die der Antriebskraft F entgegengesetzt gerichtet
ist.und welche y Ihr bezüglich Grösse entspricht, der-en Axe jedoch beZüglich der
Axe der Kraft F y radial eihwärts gesetzt ist. Diese radiale Versetzung zwischen
der Axe der Antriebskraft F y und der Resultierenden der Kräfte F
, und Ff
übt.auf die Schaufel
66
ein im Uhrzeigersinn wirdsames Moment. aus, das diese
zu kippen bestrebt ist und damit das linksseitige.Ende der Schaufel ent-,weder gegen
die Hülse 40 drückt oder das rechtsseitige Ende (nicht dargestellt) geg'en
den Boden des Schlitzes
65. Diese Bewegung der Schaufel hat also die Tendenz
di-eselbe-im Schlitz zu blockieren.
-
Fin weiteres Problem der Lagerung der Schaufel ist schematisch In
lig. 8 dargestellt. Die Trommel 42 ist dabei als rotierend angenommen, sodass
die Schaufel 66 in Richtung des Pfeiles 99
eine Umfangsbewegung ausfibt.
Die bteuerfläche 77 der Steuerhülse 78 Ist bezUglich dieser Richtung
geneigtg um die Schaufel 66 im bahlitz 65 von links nach rechts zu
bewegen. Die Belativlage der Trommel.42 der Schaufel 66 der Steuerfläche
77
ist sog dass sich das linksseitige Ende der Schaufel aus dem.
linksseitigen
Fnde der Trommel heraus erstreckt, um die Steuerfläche zu berühren. Die Neigung
der Steuerfläche Ubt dabei auf die Schaufel 66 eine Verschiebekraf-t F
d aus, die mit der Schaufelaxe einen Winkel einschliesst und somit eine Komponente
F, einschliesst7 die am linl."en Ende der Schaufel rechtwinklig zu deren
Axe wirdsam ist. Nachdem der vorstehende Schaufelteil als Hebelarm wirkt, da dieser
Teil nicht abgestiltzt Istt ergibt die Komponente F c eine starke seitliche Deformation
des freien Schaufelendes. Durch diese Deformation ist eine weitere Störungsquelle
in Form einer Verkleminung der Schaufel im Schlitz gegeben.
-
Die in Fig. 7 und 8 dargestellten Probleme sind durch
die in den Fig. 9e 10 und 11 dargestellten Konstruktionen vermieden.
Bei dieser Konstruktion sind an entgegengesetzten Seiten der Schaufel
66 Nuten 125 mit halbkreisförmigem Querschnitt vorgesehen7 die sich
vom linksseitigen Fnde 75 der Schaufel einwärts erstrecken. Fin entsprechendes
Paar von'Nuten 126 erstreckt sich vom rechtsseitigen Fnde 76 aus einwärts.
Die Mittellinien aller Nuten fallen mit der Schweraxe der Schaufel 66 zusammeng
derart# dass die iMasse der Schaufel radial ausserhalb der Linie 127 gleich
gross ist wie die Masse des Schaufeltellesq welche radial einwär'ts dieser Linie
liegt. Infolge der Finschnitte, die in der Schaufel 66 vorgesehen sind" fällt
die Schweraxe 127
nicht notwendigerweise mit der geometrischen Axe der Schaufel
zusarrien, die mittig zwischen, deren Unter- und Oberseite verläuft.
Wie
aus Fig. 10 hervorgehtgaind in den Seitenwänden des Schlitzes den Nuten
126 ents.prechend-e Nut-en vorgesehen. rbenfalls entsprechen den Nuten.125
gegenüber liegende, nicht darg estellte Nuten in diesen Seitenwänden. Jede Schaufelnut
bildet mit der gegenUberliegenden Schlitznut eine Führungsbahn zur Aufnahme von
Lagerkugeln 129. Diese sind.in den Führungsbahnen mittels Stiften 130 gehaltent
welche sich quer durch die Schaufel erstrecken. Die Stifte ragen an beiden Seiten
-der Schaufel in d ie entsprechenden Nuten hinein.
-
Wie aus Fig. 10 hervorgehty stützen die Kugeln 129 die
Schaufeln in-solcher Weise abp dass diese Uber den Boden des Schlitzes
65 und von den Seitenwänden des Schlitzes entfernt gehal-.ten werden2 und
zudem werden sie gegen eine Verschiebung radial auswärts gesichert. Somit hat die
beschriebene Kugellagerung für die Schaufel eine Anzahl Vorteile. Zum Beispiel verhindert
die Lagerung die Bildung eines grossen Reibungswiderstandes, welche sich der Axialbewegung,entgegensetzt
undvielcher durch die vom Druckmedium herrUhren4e axial einwärts gerichtete Kraft
auf deren Oberseite die Schaufel an-den Boden des Schlitzes presst. Nachdem die
Lagerung die Schaufel auch von den Seiten des Schlitzes entfernt hält, wird auch
eine die Axialverschiebung behindernde Reibung durch das Anpressen der Schaufel
an .eine Seite des Schlitzes Infolge unausgeglichenen$ auf die Schaufelseiten wirkenden
Kräften verhindert. Ueberdies verhindern die in Fig. 9-dargestellten Kügeln--eine
radiale nach aussen gerichtete-Yerschiehung der Schaufel unter der linwirkung der
Zentrifugalkraft bei hohen Drehzahlen.
Bei der Konstruktion gewäss
Fig. 9 oder' 11 -wird die Schaufel 66
durch die Steiierfl#5m4chen
77 und 79 in der folgenden Weise be#-rUhrt. Die Trommel besitzt an
ihrem linken und an ihrem rechten rndr- je eine iiJi-ignut 131 und
132 von rechteckigem Querschnitt, die sich in axialer Richtung in die Tro-mel
hinein erstreckt. Die Eingnuten 131 und 132 durchstovsen alle Schlitze
651_ die in der Tropip-el gebildet sind,. Die Steuerhülse
78
ist an ihrem rechtsseitigen Fnde mit einem Ringflansch 133
versehen,
der sich in axialer Richtung in die- Nut 131 hinein erstreckt und zwar der#-,irt,.
dass alle Punkte der Steuerfläche 77
innerhalb der mit liegcn. ln entsprechender-Veise
ist die Steuerhillse %"O-ari Ihrem linksseitigen Fnde mit einew Eingflansch 134
verrel-i.#-ri5 der sich axial in die Nut 1322 erstreckt?' wobei alle Punkte
der Steuerf lc;;'clie 79 in- dieser Nut liegen. Da somit beide Steuerflächen
77 une, 79 iiber ihren ganzen-Umfang von den entsprechenden- Nuten
urgeben sinde erstreckt sich die Schaufel zu keinem Zeitpunkt ihrer axialen Verschiebung
Uher den Schlitz 65 hinaus,.. Somit sind auch alle Teile der Schaufel seitlich
abgestützt und es kann sich keine Deforration einstellen.' wie sie iniFig.
8 angedeutet ist.
-
Die Steuerflächen 77 und 79 werden nicht nur von den
Nuten 131 und 132 in der Trommel 42 urgebeng sondern sie sind im Bezug
auf die Schaufel 66 in radialer Richtung auch so-angeordnet, dass die Verschlebekräfte
F , welche durch diese Fläy chen erzeugt verden, Axen 135 und
136 haben, die mit der Schweraxe 127 der Schaufel
66 zusammenfallen. Infolge dieser Anordnung und infolge der Anordnung der
Lager 129 entlang der
gemeinsamen Mittellinie der Antrieb'skräfte
und der Schaufelmasse hat die Schaufel keine Kipptendenz iährend ihrer Hin-und Herverschiebung
durch die Nocken. Die in Fig. 9 dargestellte Konstruktion vermeidet somit
die Probleme, welche anhand von Fig. 7 erläutert wurden.
-
Die Kräfte des Druckmediumst die In Umfangsrichtung auf die Schaufeln
einwirken, werden i-mer unausgeglichen seiny wenn diese Schaufeln eine Antriebs-
oder Pumpwirkung haben. Dies rührt daher# dass bei der Verwendung der 1.1äschine
als l'otor eben diese Unausgeglichenheit die Schaufeln antrc-ibt und bei der Vermendung
als Pumpeg die Schaufeln diese Unausgeglichenheit von in Umfangsrichtung wirkenden
Kräften erzeugen. Somit ist die Unausgeglichenheit der in Umfangsrichtung an den
Schaufeln wirlmainen Kräfte tatsächlich wUnschenswertg solang diese Schaufeln in
der Arbeitslage stationär bleiben. Wenn sich die Schaufel jedoch in denjgnigen
Abschnitten ihrer Umlaufbewegung befindety in welcher derselben eine Verschiebung
von der einen In die andere axiele Lagegegeben wijrd, wurde bis jetzt angenommen)
dass eine Unausgeglichenheit der In Umfangsriehtung wirkenden Druckkräfte unerwünscht
sei. Der Grund-fUir diese Ansieht war die Annahme, dass Jede solche Unausgeglichenheit
die 'Tendenz besitzt2 die Schaufel gegen die eine Seitenwand des Schlitzes zu pressen
und damit die Verschiebung der Schaufel Im Schlitz zu erschweren. Es wurde Jedoch
gefundenp dass trotz dieser Ueberlegung eine beträchtliche Verbesserung In Bezug
auf Schluckmenge oder Leis-tung erreicht werden kanng Indem die Steuerabschnitte
der Steuerflächen einen Umfangsbereich habentwelcher
grösser ist
als der Bereichgin welchem die geliaufell in Bezug auf.in Umfangsrichtung wirksamer
DruckkrUfte, ausgeglichen Ist.
-
Fig. 12 zeigt ein weiteres Problemg das mIt der Verdrängungsmaschine
überviunden wurde. Bei der Hin-und Herbewegung der Schaufel 66 im #2chlitz
zur Freigabe eines Reaktionsblockes besteht die Tendenz,» dass das.I.ledium im Raum
zwischen-dem Block und der einen-der S-eitenwände 137 und 138 des
rechteck-igen r-inschnittes 70 in der Schaufel gefangen wird. In Fig-. 12
Ist dies so dagestelltl dass die Schaufel 66 daran lstg sich am Block
56 vorbei zu bewegen und eben mit der Axialverschlebung nach links begonnen
hat, welche dieselbe in ihre Arbeitslage zurUck bringen wird, vobei.im Raume 144
zwischen der rechten "'and 130 des Finschnütes 70 und der rechten
Seitenflüche des Blockesq leiedium gefangen Ist. Ls Ist klarg dass das In diesem
Raum iefangene Medlum fUr die rasche RUckkehr der Schaufel 66
in ihre Arbeitslageg
ein Hindernis bildet.
-
Die erwehnte Schwierigkeit kann vermieden werdeng Indem der Einschnitt
70 in der Schaufel sich von, Boden der Umfangsnut 55'
einwärts erstreckt.
Da der Boden des Beaktionsblockes 56 nicht weiter einwärts verschoben werden
kann als der Boden der Nut 55,
Ni
bild-et die radiale Vertiefung
des finschnittes 70- im 'chlitz 65
eine in axialer Richtung verlaufender Kanal
14# zwischen dem Boden des Reaktionsblockes und der radiel einwärts liegenden Begrenzung
des Finschnittes 70.. Dieser Kanal gestattet den
Durchfluss- von
Medium -in be-trä-chtlicher llenge 'von einer, zur, andern Seite des Reaktionsblockes.
Demzufolge kann'bei der Bewegung der-Schaufel nach linksq während der Eijckkehr
In die Arbeitslagee das MetdIum in.dem sein Volumen reduzierenden Raum. auf der
rechten-Sei-te des Blockes 5,6 durch.diesen Kanal, frei auf 4,ensich an der linken,
S.eite 'des -Blockes, bildenden, Raum abfliessen,.. der.zwisejien d-er linken Blockseite
und der. linken zurUckgehenden Wand des, l'ins.c.hnittes liegt. Selbst.veratändlich
kann bei der Bewegung der Schaufel 66 nach rechtsq aus der Arbeitsstellung
In die Stellung in welcher der Block freigegeben wird, das Medium in Baum- auf der
linken Selte des Blockes 56 durch den erwähnten Kanal In den Raum fliesseng
der sich in diesem Moment auf der rechten Seite des.Blockes bildet. Fs ist klarl
dass auch eifie oder mehrere Oeffnungen Im Rea.ktionsblock gebildet werden könneng
um gefangene Flüssigkeit entweichen zu lassen.
-
Die Eig. 13 und 14 zeigen Detailausbildungender'Reaktionsblöcke
der Laschine und die Art der Befestigung derselben an der Hülse 40. Der Reaktionsblock.
56 ist an der Hülse 40 mittels eines Stiftes 58 verankert der sich
durch eine Oeffnung In der HUlse und einen axialen Schlitz 146 im Block erstreckt.
Der Stift verbindet den Block somit In Umfangsrlchtung besti--mter Lage.mit der
Hillse. Gleichzeitig kann aber zwischen dem Stift und dem axiaien-Schlitz' 146-eine
Axia'lbewegung stattfinden. Der Reaktionsblock 56 kann sich somit durch Bewegung
in axialer Richtung selbst justieren und damit . eine andere
axiale
Lage zur Hülse liü einnehmen. Diese Relativbewegung zwischen Nut und Hülse kann
stattfinden, und zwar jeweils in kleinen Beträgeng weil#sIch im Laufe der Zeit bei
kontinu-J.erlichem Betrieb'eine Abniitzung einstellt" Unabhängig von der AbriitziA,ng
kann rich jedoch auch im Betrieb infolge unterschiedlJeher #9ärmeausdehnung von
verschiedenen Teilen -der Maschine eine Verrchiebung einstellen.
Während
die Verbilndungsart init-'üels Stift und Schlitz eine selbg-Ltätige Justierung des
Reaktionsblockes bei geringen AxialverDchiebungen der l#u-L 55 bewirkt, i.st
dieser Ve--.-bindungs".tr-(-I ein gewisues Spiel in der Befestigung des Block3s
in der 14u11; 55 zu eigen. Dieses Spiel wird bei der 'Abritit--,ziixig der
i#o-t und des Blockes grösser. Tjeberdies ist der Blocl#.- in bezug auf in Umfangsrichtung
wirkende Kräfte trnausguglielien, indem auf aeinei, e-inen. Seite eine Hochdrucköffnung
-Lmd auf der andern Selte eine Niederdrucköffnung liegt. Diese beiden Faktoren können
ein Kippen des Blockes in der Nut hervorrufen. Bei der beschriebenen Maschine wird
jedoch ein solches Kippen durch zwei flügelähnliehe Vorsprünge 150- tuld
151 vermieden, welche sich von entgegengesetzten Seiten des Blockes f.Ti
die Umfangenut 55
erQtrecken. Wie aus Fig. 14 liervorgeht, sind die Vorsprünge
150 und 151 kreisförmig gekribwu-t um #ziich der Krümmung der
Ringnut 55 anzupassen.
-
Die Verlängerungen 150 und 151 weisen übirdies Keilflächen
152 und 153 auf, die bezüglich Fig. 4 auf der rechten Seite liegen,
währenddem auf der entgegengesetzten Seite ächultern 1.54 und 155 vorgesehen
sind.
-
Der Wirkungegrad der Maschine kann dadurch auf ein Maximum gebracht
werden, indem der Uiiita#ngebereichwährend welchem die Schaufel ihre vollständig
gue der Arbeitslage verschobene Stellung zum Zwecke der Vorbeibewägung am Reaktionsblock
möglichst klein gehalten wird. Der Grund da£Ur liegt
darin, dass
jedes Intervall während welChem die Schaufeln vollständig verschoben sind.,sich
vom gesteuerten Intervall der Schaufeln subtrahiert, wobei wie erwähnt der beste-Wirkungsgrad
erreichbar ist, wenn das gesteuerte Intervall möglichs-b lang ist. Wenn die Verlängerungen
des Blockes. sich nicht varjüngen würden, müssten die Schaufeln über den ganzen
Umfang--4ereich den der Block mit seinen Verlängerun gen einnimmt voll.#jtändtig
au?' der Arbeitslage verschoben bleiben. Durch die Verjünguile der.Verlängerungen
können jedoch*die Umfangsbereiebe, die durch dieoe Verlängerungen eingenommen werden,
in die Intervalle eingezogen werden, in welchen sich dfe Schaufeln in Lxialbewegung
befinden, entweder von der Arbeitslage in die Lage zum Passieren des Blockes oder
von dieser zui-ück in die Arbeitslage. Demzufolge gestatten die mit keilförmigen.
Verlängerungen versehenen Blöcke das Kippen derGelben zu vermeiden, ohne dadurch
den Wirkungsgrad der Maschine wesentlich zu beeinflussen.
-
Die keilförmige Ausbildung der Verlängerungen bringt jedoch nicht
nur einen Vorteil mit sich, sondern sie schlie'sst auch öinen Nachteil ein, indem
das Medium in der-Nut
55 auf die Keilflächen
152 und
153 mit
einem axial gerichteten Druck einwirkt. Wenn die entsprechende Kraft nicht ausgeglichen
wird, so erzeugt sie zwischen dem Block
56 und der Wand
156
der Nut
55.gegen welche diese axiale Kraft den Block-pi;es-"st4--eine unerwünschte Reibung.
Darüber hinaus erzeugen die aÜf die Keilflächen 132 und
153 wirkenden Druckkräfte
in:ti2ig,e-#
| ihrer durch die zwischen und |
| Niederdruckoeite ungleichen Lrösse ein, um de.t, "t-ift
58 |
| richtetus Drolimoment, und #3omit. dfe |
| auf der Hochdruck5eite des Blockes ##egesi die der |
| Nut. Durch die Schultern 154 #,md 155 Etuf
deil |
| 1-52 und 15--4. eiltgegengesel,#;Len wer-- |
| (J.en die-.--,3 jedoch vermieden. 154- |
| und 1,55 ein Spiel |
| 1 än ir, lerun-en 1.50 und 11;1 und Jer
U.,and 1.5ü. -In |
| den Räume kann liruc.-kme.diurn welclies auf dile 'Ver-- |
| 150 und 151, eii-Itt axial ge-Vichtete |
| kann, die gleich grossp jed(1 -ich eiltge-gei)-eset,#l
2-. der auf |
| (Iie 15.2 und 15--,#/' |
| Lst. Somit -Ind die an -deh Verläng e 'Kräfte |
| auot-ret,lielici, und e-in am 56 artgreifende, |
| #ve.1cLos ili--i gegen die 1156 der litzt 55 pres-,Sen.
wür- |
| de, iiird vermieden. |
| Wenn erwünscht, kann der 1)i-ucl--aut-gleich dadu-ich verbeßser-',#- |
| werdezi, dü,c"2 in den Verlängerung-= 150 und
3.51 Oeffnurigen |
| 157 und 158 vorgesehen werden, die zich zwischen
den-Schul-- |
| tern derselbc-Ixi und den Keilflifichen in'axialer RichtunIx,
(l--L--- |
| strecken und weiter in dem im .Kitteltell
ICO des Blockes ei- |
| ne eich axial erstreckende Geffnung 159 vorgesehen wird.-Die- |
| se Oeffnwigen helfen mit ein Fangen des Alediume zwischen ei- |
| ner Schaufel und dem Block bei- de:t Fin- und Flerbeviel.Ung
zu |
| vermeiden. Weiterhin können zu diesem Zweck die Keilflächen |
152 und
153 gekrümmt sein, so dase-sie an allen
ihren Punkten gleichen axialen Abstand zur Steuerfläche
77 aufweisen.' Dadurch
bleibt der Abstand zwischen diesen Keilflächen-und der benachbarten Seitenwand des
Einschnittes
70 in der Schaufel
66 konstant, währenddem.diese-einen
Reaktionsblock passiert. Die Keilflächen können allerdings auch eine andere Ausbildung
aufweisen, die ein Spiel zwischen den Verlängerungen-150 und
151
und der Schaufel
aufrechterhält.
-
Es sollen nun die Massnahmen zur Verbesserung der Kapazität oder Schluckmenge
der Maschine diskutiert werden. Dig"gapazi--'t-tät 0 -pro Block ist-.
0 = Ilwv (1) '
wobei h die Nutbreite, w die Tiefe und v die Umfangsgeschwindigkeit
der Schaufeln relativ zum Blück bezeichnet. Das Produkt Infei, entspricht auch der
pro Block u-ri4#ro Nut wenn die Maschine als Motor arbeitet. Die Umfangegeschwindigkeit
v ist selbstverständlich gleich dem mittleren Radius der Nut x der Winkelgeschwindigkeit
der Schaufel relativ zum Block auf diesem Radius.
-
Für bestimmte Werte von hw und dem mittleren Radius der Nut vergröesert
sich die Kapazität C offensichtlich proportional zu.v. jedoch kann v nicht beliebig
gesteigert werden. 'Um-die Verhältnisse zu erläutern, welche den maximal zuläseigein
Wert von v begrenzen, wird auf die Fig. 15A und 15B verwiesen. Fig.
15A zeigt den Steuerabschnitt 101 der Steuerfläche 79
in'-
ächematischer#Dar->st&ll#-Ung. Es sei angenommeni dass sich die Schaufe-#
66 mit der Geschwindigkeit v von links nach rechts bewegt.-Während dieser
Bewegung der Schaufel vom Ur-Sprung 0 zu demjenigen Punkt bewegt-wird, an
welchem der Steuerabschnitt 101 in den Ruheabschnitt 100 übergeht,
wird die Schaufel in der Richtung y über die Distanz H verschoben. in
- Wirklichkeit-ist der Vieg H immer etwas grösser aljs die Dreite h der Nut,
Lar kann sich jedoch in der Theorie dem Viert h nähern. Für die Zwecke der-vorliegenden,
Untersuchung kann der P.,usdruck (1) wie folgt angeschrieben werden: C
_: liw-%r (2) Der Sueueral)schni-tt 101 nimmt auf der X-Axe zwischen
dem Ursp)c,-Lin.i# 0 und dem Uebergang in den Ruheabschnitt.100 ein Intervall
h ein. Dieses Intervall wird als variabel angenommen, wobei die gleiche Annahme
später auch für das Intervall H gemacht werden soll. Im vorliegenden ist das Profil
des Abschnittes 101 als konstant vorausgesetzt, in dem Sinne, dasß die,x
und y Koordinaten an jedem Punkt der Kurve für , al _le eiferte von a1I die
gleichen sind, wenn die x-Koordinate als Verhältnis von a und y-Koordinate als Verhältnis
von H bezeichnet wird. So sind z. B. die x und.y Koordinaten für den 2unkt
p immer 0.35a und 0,20H, wobei jedoch a und'H variieren können.
-
Fig. 15A zeigt einen.Abschnitt S des Steuerabschnittes
101
der in Fig. 15B invergrössertem Masstab dargestellt ist.
In
dieser Figur sind die Punkte pl und P2 Punkte von S, die vom Ursprung
0 um ein bestimmtes Prozentverhältnie von a. z. B. 27 7o" für pl und
27,01% von a fÜr P2 verschoben sind. Das ho.rizontale Intervall
g zwischen p, und P2 kann als.k 3 a ausgedrückt werden, da
mit einer Zunahme von a das g-proportional zunimmt. Der Kurventeil S hat
an den Punkten pl i#nd P2 die Tangenten s 1 und 02. Diese Tangenten al und
82 können den Ausdrücken kl, H/k a und k '2 '1'/"k a gleichgesetzt wer---
1 2 den, da diese Tangenten bzw. Steigungsmasse sich umgekehrt mit a und direkt
mit H verändern. So wird, z. B. wenn a den zweifachen Wert annimmt a 1 und
s2 den halben Wert kaben; bei einer Verdoppelung von H werden die Werte si und
a jedoch 2 ebenfalls verdoppelt werden.
-
Wenn die Si#,haufel
66 mit der Umfangegeschwindigkeit v der
Kurve entlang bewegt wird und an den Punkten pl und P2 zu den Zeiten t. und t2 anlangtv
ist die Geschwindigkeit der Schaufel
6ß in axialer bzw. in y-Richtung an
diesen Punkten: y
1 _S iv
(3)
y
S V (4)
2 2
Ueberdies
ist die mittlere Beaohleunigung in Y-Richtung der Schaufel zwischen den Punkten
pl und P2':
jedoch ist (t2
- tj) gleich-g/v.- deshalb
Die Kraf
- t fFy. die durch die Kurve
S in axi#LI-er Richtung auf
die Schaufel
66 ausgeübt wird ist gleich der konstanten Masse der Schaufel
x die Beschleunigung die ihr erteilt wird. Mit andern Worten:
F y myll oder-aus
(9)
F y z-
k 5 HV 2/a2, Jedoch ist die Kraft
F y eine
Komponente der Kraft
F., die von der Kurve an irgend-einem ihrer Punkte senkrecht-zur
Tangente in diesem Punkt ausgeübt wird. Wie-beim Punkt pl dargestellt, bilden die
Kräfte
f Id und fly ein rechtwinkliges Dreieckg das
F id als Hypotenuse
und
F ly als eine Seite besitzt. Dienes Dreieck ist dem rechtwinkligen Dreieck
ähnlich, das die Tangente bzw. das Steigungsmass
ä 1 definiert-, und das
die Seiten kl
1 H und #ja und:demzufolge die Hypotenuse
| 2 H) 2 |
| (kla) +(kl 1 besitzt. Die Schenkel F id und
11 des |
| 21 |
| Kräftedreiecks*entsprechen den Schenkeln |
| ( k 1 a) +(kl 1H) |
| und kla des Steigungsmasadreieckeg- welches ähnlich ist. Dem- |
| zufolge ist |
| ld |
| (12) |
| F ly k a |
| oder |
| Fld F ly |
| (k 1. a) 2 + (kl 1 H) 2 (13) |
| k a |
| In ähnlicher Weise kann für Punkt P2.geze'gt werden, dass |
| F p |
| (k a) 2 + (k tH)2 |
| 2d 2y 2 2 .(14) |
| k 2 a |
| Demzufolge ist für je*den Punkt |
| -- --I - - |
| F F FKit 2 + -K ' 112 |
| d y (15) |
| L-a |
| und durch Substituieruxig des Wertes für F aus
11 in 15 er- |
| y |
| hält man |
| Fd lz 5 IN 2 a 2 fxa 2 + KIH 2 |
| ka |
| oder |
| Fd k611v 2 / a- 2 VCa2 + KI
112 (17) |
| a |
Wenn nun
o der Winkel an irgend einem Punkt Vön>s istg
der zwischen den Kräftlen
F d und F y an diesem Punkt eingeschlossen wird
und welcher als Druckwinkel an diesem Punkt bezeichnet wird, ist
und der Ausdruck«16 wird Fd
= k 5 HV 2/a2 sec
(19)
Es wurde gefundeng
daso der Faktor, welcher die Verbesserung bezüglich Schluckmenge oder Leistung der
Maschine schlussendlich bestimmt'g die Beanspruchung bei der Axialbewegung der Schaufeln
durch die 'Steuerflächen iot,
d. h. mit andern Worten, dass gleichgültig
welche Vefänderungen im Weg H, der Umfangsg.eschwindigkeit v der Schaufeln oder
dem Intervall a der Steuerabschnitte gemacht werden, diese Ve.-r4nderun,geil nicht
in der Ueberschreitung eines bestiuiwten Wertes der Beanspruchung resultieren dürfen,
welcher u.a. durch die Festigkeit des Materials gegeben ist. Es wurde auch gefunden,
dass sich-der Wert der.erwähnten Beanspruchung direkt mit der Kraft
F d verändert.
Demzufolge ist für jede b'estimmte Maschine ein praktischer blaximalwert
F dmax für
F d vorhanden, wobei de-r Wert
2 dmax eine Konstante
ist. Diese Ueberlegung führt däzu, Gleichung
19 wie'folgt anzuschreiben:
k6HV V./ä2 sec rdmax (20)
,lach (20) ergibt sich.dass v mindestens
linear mit-der Vergrösserung von a vergrössert werden kann, da
F dmax e ine
Konstante ist und H vorläufig ebenfalls als Konstante angenommen wird lind wenn
sec # ebenfalls als Konstante betrachtet wird. Dies bestätigt sich dadurch, dass,
wenn a verdoppelt wird, v auch verdoppel-44verden kann, ohne dass der Wert von V
2 /a 2 vergrössert wird, wodurch F dmax ebenfalls nicht überschritten wird. Jedoch
geht aus (2) hervor, daas die Schluckmenge C der Maschine sich linear mit v vergrössert.
Deshalb gestatte't die Vergrösserung von a mindestens eine lineare-Vergrösserung
der Schluckmenge
0. -
Tatsächlich ist mit einem konstanten Wert für H durch Vergrösserung
von a eine mehr als lineare Vergrösserung von v möglich. Aus (18) ist ersichtlich,
dase bei einer Vergrösserung von a sec j4 ger:#n 1 hin abnimmt. Äus (20)
ist jedoch ersichtlich, dass.bei Abnahme des Wertes für sec j6 bei zunehmendem a
die Verkleinerung von sec d die Addition einer zusätzlichen Vergrösserung
zur linearen Vergrösserung gestattet bis die linke Seite des Ausdruckes 20 gleich
ist ist wie die rechte Seite.Um zu bestimmen, welche zusätzlichen Vergrösserungen
von v zur linearen Vergrösserung,addiert werden kann, wird sec d fÜr denjenigen
Punkt der Kurve eing»esetzt, in welohem der Druckwinkel d sein Mazimlim besitzt.
Es
ist zu bä-achten, dass-wenn die Umfangsgeschwindigkeit V bestimmt istv-wie dies
manchen Anwendungen entspricht und wenn H-als veränderlich betrachtet wird, eine-Vergrödsserung
von a praktisch eine-quadratische Zunahme der Schluckmenge 0 der-Magehine
möglich-ist. Dies geht daraus hervor, dass wenn-in (20) der Ausdruck V 2 eine Konstante-ist
und wenn sec-#( ebenfalls als Konstante betrachtet wird, eine Verdoppelung'von a
eine Vervierfachung von H gestattet"-ohne daso F dmax- durch den -Ausdruck
auf der-linken Seite von (20) über--schritten wird. Aus (-2) ist jedoch ersichtlich,
daso eine Vervierfachung von E durch Verdoppelung von a in Annäherung eine
Vervierfachung der Schluckmenge 0 mit sich bringt.
-
In Wirklichkeit ist die Zunahme der Schluckmenge auch durch andere-Paktoren
als durch das Quadrat von a beeinflusst. Diee-aus zwei Gründen. Erstens nimmt der
Wert für sec d mit einer Vergrösserung von E etwas zu und um dem Ausdruck
(20) zu entsprechen, muse diese Zunahme von sec d dadurch kom.# pensiert-werden
9 daso H auf einem Wert gehalten wird, welcher nicht ganz proportional zum
Quadrat der Zunahme von H ist. Da ancl-ererseits die Nutbreite h (welche für'die
Stlhluckmenge tAtsächlich masagebend iBt)-um einen.konstanten Wert kleiner sein
kann alEi.H wenn H vergrössert wird, n"t del, Faktor prozentmässig stärker zu als
h, so dasacladurch ei, Verlust-in Schluckmenge duroh.die Zunahme des Wert'es von
111
#see d ausgeglichen wird. Deshalb kann in den meisten Fälle4.
-
die Schluckmenge fast-als Quadrat der Vergrösserun von a
vergrössert
vierden, indem Il auf das Maximum gebracht wird-i weiches unter Berücksichtigung
von (20) möglich ist.
-
Aus dem vorstehenden ist nun klare daso es vorteilhaft ist, die Intervalle
a, welche durch die Steuerabschnitte der -Steuerflächen eingenommen werden, zu vergrössern.
Bevor jedoch erläutert wird, wie sich diese Steuerintervalle vergrössern lassen,
Lit es notwendig einige der Faktoren zu ber#Icksiclitigen, welche die Länge der
Steueriktervalle be-In Fig. 16 ist eine weitere Ausführungsform einer Verdräng-u.i-igsinaschine
seheit-,atisch dargestellt. Dqi dieser Maschine ist das eigentliche Blockstück 160a
eines Reaktionablockes in einer Nut 166 angeordnet, welche in einer im Uhrzeigersinn
rotierenden Troi-,imel 167 vorgesehen ist. Es sind weiter zwei Schaufeln
168a und 169a um 180 0 zueinander versetzt in der Troiamel vorgecelien, um
mit derselben zu-rotieren und überdies.eine HochdriL("1..,.öffnizrig 170a auf der
einen Seite des Blocke6 und eine Niederdrucluseite auf der andern.Seite deis Blockee.
Die Anordnung geniäos Fig. 16 stellt keine bevorzug-te AusfWirung
dar, da nur ein Reaktionsblock vorgesehenist, so daso ein radialer Kräfteausgleich
in der Nutebene nicht vorhanden ist. Die Darstellung gemäss Fig. 16 eignet
sich jedoch am besten alt3-Ausgangspunkt der Erläuterung.
-
Bei der Maschine gemüss-Ilig. 16 führt jede Schaufel über eirien
Weg Von 360 0 entlang der Nut einen volletändigen A.rbeitazyklus aus. bestehend
aus einer Azialverschiebung u#'den B.!".c;k freizugeben und eine, RückverE:chiebung,
in entgegengesetzter
Richtung in die Arbeitestellung. Somit ist
der Schau-0 felzyklus nach Fig. 1,6 360 , Andererseits führt die Maschine
nach Fig. 17, welche zwei Reaktionsblöcke und vier Schaufeln besitzt einen
vollständigen Arbeitazyklus für jede Schaufel über einen Weg von 180 0 entlang
der Nut aus. Aus dieser Ueberlegun g läset sich allgemein ableiten,
dase D = 360/B (21) wobei Dden Winkel des Arbeit.azyklus und B die Zahl der-Blöcke
pro Nut bezeichnet.
-
Es ist erwünscht, dass, die Oeffnungen sich in UmfangBrichtung
über einen möglichst groesen Bereich erstrecken, da, wie später erläutert wird"
die Winkelbereiche die als Steuerabschnitte für die Schaufeln verwendet werden können
zunehmen, wenn die Oeffnungsbereiche bzw. Winkel vergrössert werden. Die beiden
Möglichkeiten zur Vergrösserung des Winkelbereiches einer bestimmten Oeffnung, welche
einem bestimmten iteaktionsblock benachbaTt ist, sind a) eine Vergrösserung in einer
vom Reaktionsblock wegführenden Richtung und b) eine 'Vevgrösserung in einer
gegen den Reaktionsblock führenden Richtung. Es soll vorerst die Möglichkeit a)
untersucht werden. Die Kanten 175a und 176a der'Oeffnungen 170a und 171a sind die
vom Reaktionsblo-lk 160 entfernteren Kanten. Diese fallen mit den Mittelliniender
Schaufeln 168a.und 169a zusammen, wenn sich diese in der dargestellten Iage befinden..
Der kleinste Winkelbereich über welchen sich die entfernteren Kanten der Oeffnungen
170a und 171a-einande:r nähern"- ist
der Zwischenwinkel ip welcher
für Fig. 16 1800 iatg, de he gleich gross, wie der die Schaufeln trennende
Winkel. Dieser Trennwinkel stellt eine Begrenzung für den Zwischenwinkel i dar da,
wenn dieser kleiner ist als der Trennwinkel,-die. Hochdrucköffnung von der Niederdrurköffnung
um weniger al a
die Schaufelstärke p distanziert ist, wenn sich diese
in der dargestellten Lage befinden. Daraus folgt, daas ein Zwischenwinkel i. welcher
kleiner ist als der Trennwinkel zwisehen den Schaufeln übermäseige leckverluste
den Mediums über das Intervall i ergibt.
-
Da die Schaufeln gleichmäeaig verteilt sind" ist der Trennwinkel zwiBehen.zwei
benachbarten Schaufeln bei einer Schaufelzahl N 360/N. Wenn n Schaufeln pro
Block vorgesehen sind, ist der Trennwinkel 360/nB. Wie erwähnt, aolite bei der Verlängerung
der Oeffnungen In einer vom Block' wegführenden Richtung der Zwischenwinkel i zwischen
den entfernten Oeffnungskanten 175a und 175b nicht kleiner sein-als der Trennwinkel
der Schaufeln. Somit ist der Minimalwert für i: i = 360/nB (22) Daso die
Gleichung (22) allgemeine Richtigkeit besitzt, kann anhand von.Fig. 17 fest&estellt
werden, wo zwei Blöcke 165a und 165b und zwei Schaufeln pro Reaktidneblock
vorgesehen sind. Der Winkel i zWischen den Kanten der Oeffnungen 170a und
171b ist dabei tatsächlich 90
Aus dem vorstehenden
ergibt-sich auch, dass der Zwischenwinkel i im wesentlichen mit-.dem Umfangebereich
zusammen fällt,
über welchen jede Schaufel mit einer Druckdifferenz beaufschlagt
wird und Arbeit leistet. Aus diesem.Grunde kann der Winkel i als Arbeitswinkel oder
Intervall für jede'Schaufel bezeichnet werden.
-
Der Umfangebereich, welcher im Winkel eines Arbeitszyklus D verbleibt,
nachdem der Zwischenwinkel i subtrahiert ist, soll als Ruhewinkel m bezeichnet werden.
Aus 21 und 22 ergibt sioll,' dasso. m = 360/B - 360/nB (23)
oder m
= 360/B(i-1/n) (24) Daes die. Formel (24) allgemeine Bedeutung bat, geht
daraus hervor, dass, wenn B = 2 und n = 2,ein Ruhewinkel m von
90 0 errceh-. net wird. Dies entspricht den Verhältnissen der Maschine nach
Fig. 17 mit zwei Blöcken und zwei Schaufeln pro Block,-wobei der Winkel eines
Arbeitszyklus, 18n 0 ist.
-
Für die Vergrösserung des Umfangebereiches jeder Oeffnung in Richtung
des benachbarten Reaktionsblockes zeigt es sich, dase die dem Block benachbarte
Kante der Oeffnung in die gleiche Flucht mit dem eigentlichen Block gebracht werden
kann, d.h. mit demjenigen Teil des Blocken,der die Nut in ihrem ganzen Querschnitt
ausfüllt. Eine Vergrösseruing darüber hinaus ist nur dann möglich$ wenn der W.inkelbereich
bl welch4r vom eigentliehen-Block eingenomm n wird, eine Verkleinerun#g erfährt.
Ein Optimalwert für diesen Bereich entspricht der zweifachen Dicke
t
der einzelnen Schaufeln, wobei t in Winkelgraden ausgedrückt wird. Der Grund, wiese
2 t der op.timale Wert für b
i sig liegt darin, daßz mit diesem Wert Leckverluste
in Umfangsrichtung entlang dem ligock bezüglich der Leckverluste in Umfangsrichtung
übur die sich in Arbeitsstellung befindliche Schaufel ausgleichen. Das Leckmedium
strömt an jeder 't)'ohaufel vorbei, -und zwar durch den Zwischenraum zwischen Schaufel
und Hülse, wobei die Schaufelleckverluste im wesentlicheii proportional zu 1:.sind.
Das Meditim kann auuh am Reaktionsblock vorijeisttL'öu!en, und zwar onischen dem
Block tuid dem Gdhäuse und zwischen dem Block und. der Nut, wobei die Leckverluste
für den Block das zweifache der behaufelleckverluste für di(-l-, gleiche Dicke der
beiden Elemente ausmachen. Daraus folgt,' dass durch VergrösEerung der Dicke bzw.
des Umfangbereiches je des Reaktionsblockes auf das zweifache der Dicke der
2ichaufel ein Ausgleich der LeckverIuute an diesen 1,lementen gestattet.
-
In Fällen, wo dei 1.eaktioneblock so angeordnet ist, dass eine selbsttätige
Justierung desselben in axialer Richtung möglich istg ist das Spiel desselben und
die daraus resultierende Gefahr des Kippens infolgg ungleicher Druckkräfte ein Faktorg
welcher normalerweise die Reduktion der Block--dicke auf einen Wert von 2 t verbieten
würde. Es hat'si,#h jedoch gezeigt, daus durch die erwähnten Verlängerungen diese
den eelbstjustierenden Blöcken eigene-Schwierigkeit vermieden werden kann, so dass
sich die Dicke auf einen Wert von 2 t oder weniger reduzieren läset.
Aus
dem Verhältnis, welches sich aus Pig. 16 zwischen dem Ruhewinlrel'm, dem
Blockwinkel b und dem Winkelbereich zwisehen jeder Oeffnung und dem Verhältnis
für a aus (24) entnehmen lässtg ist es klar, dass wenn der Blockwinkel
b = 2 t ist, der maximale Winkei q für, jede Oeffnung durch folgende generelle
Vormel a-tisgedriiak-'li- werden kann: q
oder q (26)
Da Lst dE.n Blockwinkel
maximal zu halten, da dieser Winkel Jemignigen eiltppricht, in welchen die Schaufel
bezüglich der auf ihre ent.gegengesetzten- Seiten wirkenden Seiten Druakkräften
ausineglichen ist, und mit Ausnahme der spätar Fälle iot das Steuerintervall a in
seinem maximalen auf diesen Bereich des Druckausgleiches beschränkt.
-
Bei jierl.>,?iri w'*,e-,'L-fiiurigswin121-el erz#,>eben sich gewisse
Umfangsstellungen der Schaufeln, die von besonderem Interesse sind. Diese Stellungen
aollen nun untersucht werden.
-
Vorerst soll angenommen werden, dass in Fig. 16 die Schaufel
168a sich nicht in der gezeigten Stellung hefindet. sondern sich der an-L--1>c-rnteren
175a der Ho"-hdrucköffnwig 170a nähert, während die Trommel ihre Drehbewegung im
Uhrzeigersinn ausführt. Bei dieser Annäherung erreicht die Schaufel 168a einen-Umfangebereich,
in welcher die Strömung von Medium
aus der Oeffnung 170a In die
untere Hälfte der Nut 166.
durch den progressiv zunehmenden Abschluse des
Spaltes zwi_ sehen der Vorderkante 177a der Schaufel und der entfernteren Kante
l'75a der Oeffnu-ng dynamisch gedrosselt wird. Als direkte Konsequenz, hat diese
Drosselung die Verringerung des Druckes auf die Vorderkante 177acbr Schaufel 168a
und auf die Hinterkante -ri-er arbeitenden Schaufel 169ag wobei daraus schluss,endlich
reoultiert, dass die Belastung von der Schaufel 169a auf die Schaufel 168a übergeht.
Währenddem die erwähnte Drosselwirkung ungleiche,Druckkräfte auf entgegengesetzten
Seiten der Schaufel 168a erzeugt, noch bevor die Vorderkante 177a dieser Schaufel
die Oeffnungskante 155a erreichtg ist eine bestimmte Stellung, in welcher diese
Druckdifferenz bestehtg die Stellung 178a, in welcher die Mittellinie der Schaufel
168a durch einen Winkel c = t2 von der Oeffnungshante 2.75a-entfernt ist"
welcher letzteren sich die Schaufel nähert. In dieser Stellung liegt die Vorderkante
177a der Schaufel 168a, in der gleichen Flucht mit der Oeffnungekante 175a und sperrt
somit den Zustrom von Medium aus der Oeffnung 170a vollständig ab. In der Stellung
168a i'st somit sicherlich die auf di«orderkante der Schaufel ausgeübte Druckkraft
kleiner als diejenige die auf die Hinterkante ausgeübt wird.
-
Wenn sich die'Schaufel 169a dem Block 160a nähert, beschreibt ,die
Schaufel eine Axialverschiebung.um den Block freizugeben. Es soll angenommen
werden, daas diese Freigabebe*egurig.mit dem minimal möglichen Weg H der Schaufel
ausgefülaxt werden
soll. Aus dieser Bedingung ergibt sich, daBs
dice Sell-iaiifel ihre volle Axia1.-verschiebung beschrieben haben-muss, wenn -die
Vorderkante derselben den Block err6icht hat. Im pralvtischen Fall muss die volle
Verschiebung,etwas vor dem Zeitpunkt erreicht sein, in welchem die Vorderkante/nit
der benachbarten Kante des Blockeo zusammenfällt, um ein gewisses Spiel zu gewährleisten.
Für Untersuchungszwecke soll jedoch angenommen werden, dasa die Stellung, in welcher
die- Bedin-Ziaig des".Liinimz3,1 möglichen Weges H die volle VerschiEb-ung der -Schaufel
verlangt, diejenige ist, in welcher die Vorderkante der Schaufel mit der entsprechend
beniachbarten Kante des eigentlichen Blockes 165a zusammenfällt. In dieser Stellung
der Vorderkante befindet sich die Mittellinie der Schau-fel 169a in der Stellung
179a, di# durch einen Winkel f ---.-t 2 von der näheren Kante des Blockes
entfernt ist.
-
Der Winkel q Jedt3r Oeffnung abzüglich der Winkel c und
f kann als effektiver Oeffnungewinkel r bezeichnet werden, da nur innerhalb
diemm Winkel'Bich die-Schaufel vollständig unter einer Oeffnung befindet. Aus dem
vorstehenden ergibt sichg dass der Oeffnungewinkel r wie folgtangeschrieben werden
kann: 180/B(l-1/n)-b/2-t
(27)
oder (wenn
b ic 2 t) r
(28)
Bis
heute wurde angenommeng daso der Steuerabschnitt für jede Oeffnung an seinem dem
Reaktionsblock.-.benachbarten En-
| de in einer Lage bee#,*ldel; o#ein sollte, welche um. mehr
als den |
| Winkel f von der näbe#ren Kante des eigen-ki.,lichen
Blockes d.i- |
| stanziert sein müsse, um di.(##,Vc-.rviendung eines m-inimalen
axia- |
| len Weges li der Sellaufel zu ermöglichen. Plan war ebenfalls |
| der Ueberzeugung., daos der '-i-tuuerabschiiiijt an seiner
vom |
| Block entfernten K,-.-nte in einer Winkellage beendet sein
soll-- |
| tet welche t.Up. eii.-,oii gröol-:er als c von der Karte
der |
| Oeffnung e.iitfc-:rii-t -.#jein iriiip-3e, (Lie vom den |
| Z 2 |
| 3r ö s :! t o At! tand a-i.Lf Der Grund
für dies(i# ztere An- |
| na.hiLle isst zu £-.>C-.',1671, duiss wenn sich
die Steuerebschnit- |
| dic Schaufeln Gic-h in Beweg.'ung. |
| befinL# en sie mit ")1.-i-ich-krä:Cten |
| belastel, sind. Wenn Jedoc.h Druckkr#J#1t(#,
auf die |
| Hie sich in 'befinden, |
| und durch d:i.-- Anprer,-- |
| sulle, 'k22c'iEjufc#l di.e --ine Seite deo Schlitzes eYlt- |
| , ste,- li. en. - |
| Als dc-.o ob#,nstehenden Icann Ce,-ual-_"t werden, |
| daos v".ti-de, der Steuerabochnitt a jeder |
| Oeffr2un.,z i.,iüs.#,e als der effektive Oeffnurigswinkel r |
| für diEr;s#-- l','s wurde weiter angenommen, dass |
| das Arbeitsintr#rvall i auf 1..-.os-ten der Steuerintervalle
a |
| so gross wie möglich gehalten werden müsse. |
| Es hat sich gezeigt, dass diese früheren Annahmen falsch sind, |
| und dass eine wesentliche Vergrösserung der Schluckmenge und |
| Leistung erreicht werden kann, wenn entgegen diesen Annah- |
| men voreegangen wird. Im einzeInen sollten die Steuerabschnit- |
| te* a.Vergrössert Werden?, und zwar In einer oder mehreren |
| der folgenden Arten von: 1. Verlängerung von a gegen
den |
| Block in eine Winkelställung, welche auf jeden Fall näher |
| 2 |
| als t bei"der nUtheren Kante des Blockes liegt und welöhe |
| die Nittellinie d#-:#3 Blrcke#3 sein kann; Il. Verlängerung
von |
| a in einer sich voui Block entfernenden Richtung in
eine Win- |
| kell-agee"_ auf jaden Pall der Kaate der zugehörigen Oeff- |
| nung die bezUglich das Blockes die entfernte Kante ist,
nä- |
| her als t 2 liegt wid 111. Verwendung ii--3Y1
wehr als zwei. Schau- |
| feln vi-o BloCk, wodurch das Arbei*#sintervall i jeder
Schau- |
| fel verringert wi2d, um eine entsprechende Vergrösserung der |
| Steue,-rint#-,-2v@.lle beidaeitig dieses Arbeitsintervalles
zu er- |
| llii-,. 18 zeigt die Wege 1 und 11 zur
Vergrösserung des Steuer- |
| a. In BeiColgung von I erst-recken sieh die Steuer- |
| ,abschnitte 101 und 103 bis zur Mittellinie 102
des Reaktions- |
| blozAzes 56. Um diese Steüer:iittervalle so vergrössern
zu kön- |
| nen, ist es notwendig, den Weg H der Schaufeln über
denje- |
| nigen Maximalwert zu vergrössern, welcher verWendet werden |
| k-Unte , wenn die Steuerintervalle vor den Stellungen
179a |
| beendet wären. Jedoch ist die prozentuale Vergrösserung von |
| ilg di#e zur 'Verlbngeru-Li,-,; der Intervalle a bis zur Mittell!- |
| nie deo Realktionoblückes notwendig ist, klein im Verhältnis |
| zur p£-uzeii.-Lualen Vergrösserung vun a die durch die Vergrös- |
| ni"- von 11 ermöglicht wird ui.,id zwar aus- :;-,-we,:L
Gründen. Da |
| > |
| erGlens die Steuerabschn'itte 101 und 103 einer
ICu:vve nachve- |
| bildet aindp für welche sowohl die.erste wie die zweite
Ab- |
leitung an'den Enden Null ist, besitzen diese Abschnitte ein relativ
flaches Profil an ihren-dem Reaktionßblock benachbarten Endeng so dass a viel rascher
zunimmt als H. Zweitens ges#.at-bet; die mit den Verlängerungen versehene Ausbildung
des Reaktionzblockes aus den beschriebenen Gründen die Dicke des eigentlichen Blookes
auf den optimalen Wert von 2 t zu verringern, so dass die Vergrösserung von
K viel geringer ist, als weini die Dicke des Blockes den genannten Wert stark
überschreiten würde.
-
Wenn die Steuerabschnitte 101 und 103 bis zur Mittellinie
102 I des Reaktioneblockes verlängert werden, sind die Bereiche die-Ber Abschnitte
von der Stellung 178a bis zur Mittellinie gleich: (29-) Durch Vergleich mit
(28) ergibt sich, daso diese Abschnitte allein grösser sind als der effektive
Oeffnungewinkel mg der grösser ist als das ganze Steuerintervall, welches bis-an-.hin
als praktisches Maximum betrachtet wurde. Zu II.- als Möglichkeit der Vergrös8erung
der Steuerabschnitte a für die'Abschnittg 101 und 103 (Fig. 18) ist
zu erwähnen, daso diese Steuerabschrritte sie h über die Stellung 178a vom Reaktionoblock
entfernen und sogarüber die Kanten 175a und 176 der Oeffnungen
89 und -93,-d- h. über die entfernteren Kanten dieser Oeffnungen bezüglich
dem Reaktioneblock. Die Teile der Steuerabschnitte 101 und 103, welche
auf der entfernteren Seite der Stellung 178a liegen, nehmen 'Umfangebereiche ein..in
welchen
die Schaufel unausgeglichenen Druckkräften in seitlicher
Richtung ausgesetzt ist. Da jedoch die Abschnitte 101 und 103 Kurven
folgen, deren erste und zweite Ableitung am Uebergang zu den benachbarten Ruheabschnitten
Null sind, sind die entfernten Enden dieser Abschnitte im Profil genügend schwach
um über einen kleinen Betrag...in den Umfangsbereich zu verlaufen, in welchem unausgeglichene
Kräfte auf die Schaufeln wirken. Jeder dieser-Endteile kann sich mindestens eo weit
in den Bereich der unausgeglichener). Druckkräfte erstrecken, dass erstens das Spiel
zwischen der Steuerfläche und der Gegenfläche der Schaufeln aufgenommen wird und
daso die Schaufeln durch die lultriebfjl-,raft F d beansprucht werden, der in der
Grösse des Wertes F dmax liegt. Wenn die Steuerabschnitte 101 und
103 nur bis zu den Kanten 175a und 176a der Oeffnungen 89 und 9.10
verlängert werden, besitzen die Teile dieser Steuerabschnitte, welche zwischen den
Winkelstellungen 179a und den Kanten 175a und 176a liegen einen Winkelbereich von
180/ß(1-1/ii)-3t/2 Czz 0 )
welcher grösser ist als der effektive Oeffnungswinkel
r, welcher aus (28) hervorgeht. Somit überschreiten diese Teile für sich
allein den Maxim-alwert der Steuer'abschnitte, welche bis anhin praktisch verwendet
wurden.
-
Ein Vergleich der Fig. 19, 4 und 20 mit Fig. 17 zeigt
die Vergröoserung der Steuerintervalle ai welche durch Vergrösserung der Schaufelzahl
möglich ist. In Fig. 19 sind drei
Schaufeln pro Block vorgesehen,
wobei zwei Blöcke vorhanden sind, währenddem gemüss Fig. 17 für jeden der
beiden Blöcke nur zwei Schaufeln vorgesehen sind.
-
Pür die Ausiühriingof orra nach den Fig. 17 und 19 soll
angenommen werden, daso jede Schaufel eine Dicke von t = 4 0 aufweist,
und dass Jede2 SteuerinlUervall a sich nur über den eff ektiven Oef fnungswinkel
2:- erstreckt. Unter Anwendung der Formel 28 ereeben sich für die
Intervalle a in den Fig. 17
0 0
und 19 die Wj.nke--1.wc-,rte
von 37 und 51.. Sorait ist die Wirkung der Vergrösserung der Ochaufelzahl
proAlock von 2 auf 3 mindesten2 eine, Vex-j-rösberung, des Wertes für das
Steuerintei--v-i.#ll e. um 38 %. Im Falle jedoch, wo die Umfangsgeschwindigkeit
v ist und wo die Sol-iluolimc-i-.Lge (oder Leistung) der urgefähr im Quadrat von
a ändert, ergibt eire Verg.rö,.:##.-erung von 38 % ungefähr eine 1.,9-11-fache
Vergrösserung der Schluckmenge. Wenn jedoch die Steuerintervalle a weiter vergr#..ssert
werden, indem sie z. B. über die Winkellagen 178a und 179a verlängert werdeng wird
die Vergrösserung der Schluckmenge sogar noch stärker. Z. B. kann jedes Intervall
bis zur Mittellinie des entsprechenden Reaktionsblockes und bis entfernteren Kante
der entsprechenden Oeffnung vergrössert werden. Die Intervalle a in Fig.
19_
werden damit ungefähr 600 , welcher Wert 46 % grösser ist
als 37 0 , wodurch die Schluckmenge mehr als um daß zweifache vergrössert
werden kann.
Die vorstahenden AuaführungenAeigen, daso mit der
Verkleinerung des'Arbeitsintervallee i pro Schaufel durch Vergrösserung der Schaufelzahl
der Winkel vergNesert werden kann, der von den Oeffnungen unterstützt wird. Wenn
dieser vergrösserte Winkel als'Oeffnungswinkel voll ausgenützt. wird, wird damit
auch der Winkel Tergrössert, in welchem dje Schaufeln unter ausgeglichenen seitlich
angreifenden Druckkräften stehent wobei der letztere Winkel im wesentlichen del
prakti-_ sehen Winkelbereich des Stäuerintetvalleo a bestimmt. Wenn annter diesen
Bedingungen vergröseert wird, so kann damit die Schlulkmenge einer bestimmten Maschine
vergrösaert werden, wobei dieser Vergrösserung möglich ist, gleichgültig ob der
Blockwinkel b = 2 t ist oder ob er einen grösseren Wert ignnimmt. In diesem
Zusammenhang iet zu erwähnen, dass füx einen konstanten Wert des Neuerintervalls
a ein verkleinertes Arbeitsintervall Infolge einer Vergröaaerung der Schaufelzahl
plo Block einestrukturelle Veränderung der Maschine istg die deren Schluckmange
in keiner Weise beeinträchtigt. Da das Arbeitsintervall pro Schaufel verkürzt wird,
nimmt die Zahl der-Schaufeln,die pro Zeiteinheit arbeiten wesentlich zu, womit die
Schluckmenge die gleiche bleibt.
-
WanA diu OchauZelzahl progressiv vergrössert wird,wird die maximale
Schluckmenge der Maschine ebenso progrezsiv gesteigert. Wenn z. B. die Schaufelzahl
von drei pro
Block, wie in Pig.
19, auf vier pro,Block, wie in Fig!
4 unter den gleichen Annahmen gesteigert wird (nämlich
- dase.t=4u und dast;
| das Steuerintervall a dem effektiven Oeffnungswinkel r gleich |
| istl dann erZibt sich für daa.Steuerintervall a nach Fig',
4 |
| aus (28) ein Wert von 59 im Vetgleich zu 37 0
für riß. 19. |
| Ein Intervall von 590 ist um 61 % grösser als
37 und läset |
| eine Verbesserung der Schluckmetge der Maschine um 2,6-fach |
| zun |
| Wenn gemäas einem andern Beispiel die Schaufelzahl aut'Beche |
| pro Block ver&rössert wird, wie in Fig. 20, dann
ergLbt sich |
| unt#z deii gleichen Annahmen aus der Pormel (28) ein
Intervall |
| a voü 670. Dieee;# Wert ist um-81 % grösser'
als das I nte rvall |
| für 19 und um 12,6 % grösser als derjenige von
Fig.; 4, |
| so dasi gegen#ber Ptg. 19 eine 3,28-fache und gegenüber
?iß* |
| 4 eine )..27-fache Steigerung der Schluckmenge möglich ist. |
| Selb#tverat#indlich lesr3t aich das Steuerintervall nicht nur |
| bei Maschinen mit zy;ei Blöcken durch Vergrösiserung der Schau- |
| felzehl ßteigern, sondern diese Ma08nahme kann auch bei Na- |
| sel,inen angewenjet weräen, vielche drei oder mehr Blöckq6der |
| auch nur #,iinen Block aufweisen. Z. B, ist bei der Ve:rgrösae- |
| rung der Icha #felz,4hl von zwei auf vier bzw. auf aeche in
9 |
| ner Maschi.#e Mit einem Block und unte:r der Voraussetzung,
daas |
| t. = 4 und a r ist die entsprechende Vergrösserung
des In- |
| 0 0 |
| tervalls' a 127 bzw. 142 , wobei das Ihtervall bei zwei
Schau- |
| feln'82 wä:t.-,. - |
| Um die Verj.,rögserung der Schluckmenge durch Vergrösserung
der |
| Schaufelznhl, ou bewirken, ist es nicht-notwendig, daso
das |
| Steuerinte.-r-iall a. auf das Maximum.vergrössert wird,
welches |
durch die Ve rkleinerung des Arbeitsintervallee i infolge der
Vergrösserung der Schaufelzahl möglich ist. Im Falle einer Maechine mit einem Block
ermöglichti eine Verwendung' von sechs Schaufeln ein Steuerintervall a. das grösser
ist, als dasjenige einer Maschine mit vier Schaufeln, das z. B«
1350 betragen
kann. Für jeden Wert von a der Maschine mit sechs Schaufeln, welcher
l'35 0
überschreitet, besitzt die Maschine mit-der grösseren Schaufelzahl pro Block eii."e
grösser6 potentielle Maximalschluckmenge, als die Maschine mit der kleineren Schaufelzahl.
Die gleichen Ueberlegungen gelten auch für Maschinen mit zwei oder mehr Blöcken.
Sah:ann -z. B. eine Ma:ochine mit zwei. Blöcken und drei Schaufeln pro Block eine
grönsere Schluckmenge ergeben als eine solche mit zwei Blöcken iald zwei Schaufeln
pro
Block, wenn das Steuerintervall a der Maschine mit drei Blöcken den Begrenzungswert
der Maschine mit zwei Schaufeln pro Block überschrei-0 tetg z. B. 45 Selbstverständlich
kann die Maschine auch mit einer Schaufelzalll..arbeiten" bei welcher pro Blocklmine
ganze Zahl von Schaufeln entfällt, wie z. B. in einer Idaschine mit fünf Schguteln
und-zwei Reaktionsblöcken pro Nut. Die besehriebenen 414q£Uhrungebeispiele eignen
sich für Anwendungen bei hoher IDr6bzahlg jedoch lässt sich dieselbe aüch für andere
DriheaUen verwenden.
-
Wäheeeddem in den Ausführungebeispielen die zylindrische Hülue 04s
etationär und die Trommel als rotierend betrachtet
wurde, kann
die 1.Iiiagehizie selb6tverständlich auch mit stationärer Trommel und rot-.I.erendem
Gehiäuse ausgebildet werden. Ebenso können die'SchaÜfelr,L sich in radialen Schlitzen
radial bewegen, wobei die relativ drehbaren Teile Abene Flächen aufweioen, von denen
die eine eine Umfangsnut und die andere den Reaktionsblock aufweist, welcher in
die Nut eingreift. Eine solche radiale Maschine würde sich auch darin von der axialen
Maschine gemäas Fig. 3
und 4 unter--cheiden, dasB dir Z'i-Lröiru.-Lig des
Mediums zwiechen der Nut und den Oeffnungen in Richtung *erfolgen würdE-#$ die Voränderungen
der RuhelageAor Steuerflächen zur Erteilung der Querbevregung'an eie Sehaufel ocle.:L
Schaufeln wären radial axiale Veränderungen tuid bezüglich Reaktionsblock und Schaufel.n
wäre radial, was in Fig. 3 -.inrt 4- axial ist und ulAgekehr-IU-. 41;o würde
in der radialeil der Reaktionsblock sich -ti-oin stationären Teil in axia.1-3r Richtung
statt in radialer Richt-ang in die Umfangsnut des Rotors erstrecken (wenn auch die
Verläng#crungen 150 und 151 sich vom Reaktionsblock aus in Umfangsrichtung
erstrecken würden) und in einer Schautel von dem in dargestellten Typ würden
die Oeffnungen 120 imd 1.22 sich in axialer Richtung zwischen axial entgegengesetzten
Stirnseitenerstrekken, statt in radialer Richlung zwischen radiale#n Begrenzungsflächen
wie in Fig. 4,