DE190158C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

Vi 190158 KLASSE 14 c. GRUPPE

JEAN MOLAS in LONDON.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 1. Januar 1907 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf eine umsteuerbare Turbine mit zwei Radsätzen, von denen je nach dem Drehsinn der eine als Leitvorrichtung, der andere ohne Umkehr der Strömungsrichtung festgestellt wird.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Schaufelkränze gesondert voneinander und ohne ständige Verbindung mit irgend einem anderen Teil der Turbine lose über die Lauf-ίο trommel und in das Gehäuse geschoben sind und je nach der Drehrichtung mit dem Gehäus'e oder der Lauftrommel gekuppelt werden. Ferner ist die neue Turbine mit einer Vorrichtung versehen, mittels deren je nach der gewünschten Bewegungsrichtung abwechselnd der eine Schaufelsatz als Leitvorrichtung gegen das Gehäuse festgestellt und der andere als Laufrädersatz mit der Lauftrommel gekuppelt wird.

Durch die Anordnung gemäß vorliegender Erfindung soll die bisher bestandene Notwendigkeit vermieden werden, abwechselnd jedes Schaufelrad mit einem Verbindungsglied ständig zu verbinden und die übrigen Schaufelradreihen mit einem anderen Verbindungsglied zu verbinden und dann den ersten dieser Tragteile an dem feststehenden Gehäuse, den zweiten an der drehbaren Welle zu befestigen oder umgekehrt, je. nach der gewünschten Bewegungsrichtung.

Die Erfindung betrifft ferner Mittel zum Regeln und Bewegen der zum Feststellen der entsprechenden Schaufelkränze dienenden Vorrichtung.

. Die Erfindung findet vorteilhaft bei und in Verbindung mit einer später zu beschreibenden Konstruktion Anwendung, durch welche ein Enddruck auf den umlaufenden Teil . ausgeschlossen ist und dem Treibmittel Gelegenheit geboten wird, sich während seines Durchgangs durch die Maschine auszudehnen, während jedem der Schaufeln tragenden Räder, wenn es drehend wirkt, gestattet wird, seine eigene richtige Drehachse anzunehmen.

Die Zeichnungen zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, und zwar ist:

Fig. ι eine Seitenansicht einer mit den Neuerungen versehenen Turbine, in der das Druckmittel parallel zur Drehachse strömt,

Fig. 2 ein axialer lotrechter Schnitt durch einen Teil der Turbine; das andere Ende ist symmetrisch ausgebildet.

Fig. 3 ist ein Teil eines Schnittes, der eine Endansicht eines der Schaufelkränze zeigt.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichuiig der Wirkung der verschiebbaren Zahnstangen, mittels deren die entsprechenden Schaufelkränze ausgewählt und abwechselnd mit dem Gehäuse und der Lauftrommel gekuppelt werden.

Nach Fig. 1 bis 3 besteht die Turbine aus einem konischen Gehäuse 1, dessen Durchmesser ■ von jedem Ende in der Richtung des Strömens des Treibmittels zunimmt; innerhalb eines jeden dieser konischen Gehäuseteile sind Schaufelkränze 2, 3 (Fig. 2) vorhanden, die nebeneinander und in möglichst geringem Abstand voneinander angeordnet sind. Jeder Reifen oder jedes Rad

besteht aus einem äußeren und einem inneren Ring 4, 5, die duich die radial gerichteten Schaufeln 6 (Fig. 3) verbunden sind. Die Schaufeln können im Querschnitt zunehmen, wie Fig. 4 andeutet.

Die äußeren Ringe 4 'entsprechen der Kegelform des Gehäuses 1, während die inneren Ringe gleichen Durchmesser haben, so daß die Kanäle sich der Ausdehnung des Treibmittels entsprechend erweitern.

Durch die inneren Ringe 5 reicht eine zylindrische Lauftrommel 7, die auf der Welle 8 sitzt. An den Enden des Gehäuses sind geeignete Stopfbüchsen für die Welle 8 angeordnet. Die Durchmesser des äußeren und des inneren Umfanges der Räder sind so gewählt, daß die Räder genügend leicht sowohl in das konische Gehäuse 1, als auch auf die Lauftrommel 7 passen, so daß die einzelnen Räder, die so nahe wie möglich nebeneinander angeordnet sind, während ihrer Umdrehung imstande sind, sich nach ihrer eigenen natürlichen Drehachse einzustellen.

Die Vorrichtung, mittels deren je nach der gewünschten Drehrichtung abwechselnd der eine Schaufelsatz als Leitvorrichtung gegen das feststehende Gehäuse festgestellt und der andere als Laufrädersatz mit der Lauftrommel gekuppelt wird, besteht aus zwei Gruppen von verschiebbaren Zahnstangen 9, 10, von welchen die Stangen 9 in Längsnuten im Gehäuse 1 . (Fig. 3), während die anderen 10 in ebensolchen Nuten in der Lauftrommel. 7 gleiten. Beide Zahnstangengruppen können abwechselnd Längsbewegungen in entgegengesetzten Richtungen ausführen, und zwar ist der größte Weg gleich der Dicke eines einzelnen Rades. Die Zahnstangen sind mit vorstehenden Zähnen 11, 12 versehen, die um die Raddicken auseinander stehen, so daß die Zähne 11 in die Einschnitte einer Gruppe von Rädern eingreifen, wenn die Zähne 12 mit den Einschnitten der anderen Rädergruppe in Eingriff stehen.

Es ist daher offensichtlich, daß, wenn man gleichzeitig die beiden Gruppen von Zahnstangen in entgegengesetzter Richtung um die Dicke eines Rades bewegt, der eine Radsatz mit dem Gehäuse und der andere mit der Lauftrommel gekuppelt wird.

Das Treibmittel wird zu den Rädern beider Turbinenteile aus Ringkammern 13 durch Öffnungen 15 in einem feststehenden Ring 16 an entgegengesetzten Enden des Gehäuses 1 eingelassen und in eine einzige Kammer 14 ausgelassen.

Zwecks Umsteuerung wird die Lauftrommel von der Belastung frei gemacht und das Treibmittel abgesperrt, so daß, obwohl die schon in Drehung befindlichen Räder sich weiterdrehen, bis tatsächlich Umsteuerung erfolgt ist, ihr Drehmoment abnimmt und die einzige Kraft darstellt, welche im Zeitpunkte der Umsteuerung zu überwinden ist. Erst nach Abschluß des Treibmittelzuflusses werden alle Zahnstangen 9, 10 in solcher Richtung bewegt, daß eine Umschaltung der Räder erfolgt. ·

Um zu verhindern, daß die Zähne der Zahnstangen während des Gleitens der letzteren mit den Einschnitten aller Räder in Eingriff kommen, sind die Einschnitte in den Schaufeln und die Zähne 10 so ausgebildet, wie aus der Fig. 4 zu ersehen ist. Der obere Teil der Fig. 4 zeigt die Stellung der Zahnstangenzähne 11 der Lauftrommelzahnstangen 9; der mittlere Teil zeigt einen Teil eines Längsschnittes durch die Räder beider Sätze, um die relativen Krümmungen der Schaufeln und daher die relativen Drehrichtungen der zugehörigen Räder zu veranschaulichen, und der untere Teil der Figur zeigt die Zähne 12 einer der in der Gehäusewandung untergebrachten Zahnstangen. Die Zähne der Zahnstangen sind an beiden Flanken 17, 18 abgeschrägt und jene Seite jedes Einschnittes, die mit den Zähnen in Eingriff tritt, ist ebenfalls in entsprechender Weise abgeschrägt, während die gegenüberliegende Seite jedes Einschnittes von den Zähnen frei ist, so daß, obwohl sich die Räder und Zähne tatsächlich in aufeinander senkrechten Ebenen bewegen können, dennoch jeder Zahn während seiner Bewegung von jener Seite des Einschnittes frei sein wird, den er verläßt, und gleichzeitig gleitende Berührung mit der Seitenfläche des nächsten Rades, in welches; er eintritt, aufrecht erhält. Die Drehrichtung der Räder 2 ist durch die Pfeile 19 angedeutet; die Pfeile 20 zeigen, in welcher Richtung der durch die Räder 3 gegen die Zähne 11 bei ihrem Bestreben, in entgegengesetzter Richtung zu rotieren, ausgeübte Druck wirkt. Wenn die Umsteuerung durchgeführt werden soll, werden die Zahnstangen in der Richtung der Pfeile 21 um ein Stück bewegt, das der Dicke eines Rades gleich ist, wobei dann die schmäleren Enden der Zähne, die annähernd keilförmig gestaltet sind, gegen den Treibmitteleinlaß der Turbine zu liegen kommen.

Die Wirkung dieser Anordnung in Verbindung mit den Tatsachen, daß 1. die Verschiebung der Zahnstangen nach jeder Richtung genau auf das erforderliche Stück begrenzt ist, 2. der Druck des Treibmittels gleich bleibt und nur nach einer einzigen Richtung wirkt, und daß 3. das auf jedes Rad (gleichviel, ob es als feststehend oder in Drehung betrachtet wird) wirkende Drehmoment auch beständig und dem Drucke des Treibmittels proportional ist, bietet die Sicherheit, daß die Räder einer jeden Gruppe schließlich angehalten und hiernach durch ihre zugehörigen Zahnradzähne ständig in richtigem Winkelabstand voneinander erhalten werden. .

Die Verschiebung der Zahnstangen 9, 10 kann entweder mechanisch oder vorteilhaft

durch Druck eines Fluidums bewirkt werden, durch welches die Zahnstangen auch in der Lage, in welche sie verschoben wurden, gehalten wer-, den können.

5' Bei der dargestellten Anordnung wird Treibmittel durch den Spalt zwischen dem Einlaßring 16 (an jedem Ende der Turbine) und dem benachbarten ersten Rad der Reihen in die Lauftrommel 7 eingelassen. Die Lauftrommel besitzt Kammern 22, um dem Treibmittel zu gestatten, sich auszudehnen, so daß sein Diuck genügend vermindert wird. In das innere Ende der Lauf trommel 7 paßt ein Kolben 23, der sich in der Richtung der Turbinenachse bewegen kann. Dieser Kolben, dessen innere Stirnfläche beständig dem Druck des expandierten Treibmittels , in der Kammer 22 ausgesetzt ist, ■ ist durch den Flansch 24 mit den Zahnstangen 10 befestigt. Der Kolben bewegt sich daher mit letzteren der Länge nach und mit der Lauftrommel 7, dreht sich also und strebt ständig zu bewirken, daß sich die Zahnstangen 10 nach der Turbinenmitte bewegen.

In dem Niederdruckkolben 23 ist ein anderer und entgegengesetzt wirkender Hochdruckkolben 25 angebracht, der mit seitlichen Armen 26 versehen ist, die durch die Auspuffkammer 14 ragen und mit den inneren Enden 27 der Zahnstange 9 derart verbunden sind, daß sie die notwendige radiale Bewegung der letzteren erlauben. Soll umgesteuert werden, so wird die Außenfläche des Hochdruckzylinders 25 dem Anfangsdruck des Treibmittels ausgesetzt, welches dann, durch ein (nicht dargestelltes) Ventil geregelt, durch einen Kanal 28 in eine Kammer 29 in dem Kolben 25 eingelassen wird. Die Kammer 29 wird von der sie umgebenden Auspuff kammer 14 ständig von dem festen Block 30 abgeschlossen gehalten, welcher dem Kolben 23 zur Führung dient und auch die Kanäle 28 zum Einlaß des Hochdrucktreibmittels in die Kammern 29 beider Turbinenteile enthält.
Der Hoch- und der Niederdruckkolben 23 und 25 stehen miteinander mittels eines Kugellagers 31 in Verbindung, und es ist augenscheinlich, daß, solange das unter hohem Druck stehende Treibmittel· von der Kammer 29 jeder Turbinenabteilung abgeschlossen ist, der niedrigere Druck des expandierten Treibmittels in der Kammer 22 bewirken wird, daß sich der Niederdruckkolben 23 nach der Turbinenmitte bewegt und dort verbleibt, wobei dieser Kolben nicht nur die unmittelbar an ihm befestigten Zahnstangen 10, sondern auch (durch Vermittlung des Hochdruckkolbens 25) die Zahnstangen 9 mitnimmt. Wenn jedoch der Druck des nicht expandierten Treibmittels in die Kammern 29 zugelassen wird, so überwindet dieser höhere Druck den in der Kammer 22 herrschenden und verursacht, daß sich der Hoc'hdruckkolben an sein äußeres Hubende bewegt und dort verbleibt, wobei dieser Kolben sowohl die an ihm befestigten Zahnstangen 9, als auch die Zahnstangen 10 mitnimmt, und zwar letztere durch Vermittlung des Niederdruckkolbens 23.

Die Bewegungen der Kolben und Zahnstangen können nach innen dadurch begrenzt werden, daß der Hochdruckkolben 25 an eine Schulter des feststehenden Zylinders 30 stößt, während nach der anderen Richtung der Flansch des Niederdruckkolbens 23 auf einen Schutzring 32 trifft. Der Ring 32 ist am inneren Ende der Lauftrommel 7 befestigt und dient dazu, um die ganze Reihe von Rädern auf der Lauftrommel zurückzuhalten.

Die Welle 8 ist in der Mitte bei 33 (Fig. 2) geteilt, und die beiden Hälften sind mit einander verkeilt, wobei jede Wellenhälfte ihrerseits mit ihrer Lauftrommel mittels eines schiebbaren Keils verbunden, ist, so daß die beiden Wellenhälften axial auseinandergezogen oder zusammengeschoben werden können, um die den Antrieb vermittelnde Verbindung zwischen dem konischen äußeren Ende 34 eines jeden Teiles und einer ebenso konischen Aussparung im inneren Ende einer Welle 35 aufrechterhalten oder unterbrechen zu können. Die Welle 35 ist konaxial mit der Welle 8 in einem Lager 36 gelagert, und von ersterer kann die Bewegung. in geeigneter Weise weitergeleitet werden.

Jeder Teil der Welle 8 ist mit einem Ringe

37 versehen, der nach Art eines Kolbens in einer zylindrischen Kammer in dem zugehörigen Ende des Blockes 30 arbeitet, wobei die Außenseite des Kolbens beständig dem Drucke des expandierten Treibmittels in der Kammer 22 ausgesetzt ist, so daß der Welle das ständige Bestreben erteilt wird, einwärts zu gleiten und das konische Ende 34 außer Eingriff mit dem Hohlraum der Welle 36 zu bringen. Die Innenseite des Kolbens 37 kann nach Belieben dem Druck des nicht expandierten Treibmittels ausgesetzt werden, das gleichzeitig an das innere Ende beider Kammern der Ringe 37 durch Kanäle zugeleitet wird, die von einer mittleren Kammer

38 in dem Block 30 ausgehen; die Kammer wird mit Treibmittel unter Anfangsdruck durch einen Kanal 39 (in Fig. 2 mit gestrichelten Linien angedeutet) und unter Regelung durch ein (nicht dargestelltes) geeignetes Ventil gespeist.

Es ist nun ersichtlich, daß, solange das Druckmittel nicht auf die Innenflächen der kolbenartigen Teile 37 wirkt, die kuppelnden Teile der Welle 8 außer Eingriff bleiben, während aber das 'arbeitende Druckmittel auf die Innenflächen der kolbenartigen Teile 37 wirkt, die kuppelnden Teile der Treibwelle 8 in einen den Antrieb vermittelnden Eingriff verschoben werden.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   ι. Umsteuerbare Turbine mit zwei Radsätzen, von denen je nach dem Drehsinn der eine als Leitvorrichtung des anderen ohne Umkehr der Strömungsrichtung des Treibmittels festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelkränze gesondert voneinander und ohne ständige Verbindung

   ίο mit irgendeinem anderen Teil der Turbine lose über die Lauftrommel und in das Gehäuse geschoben sind und je nach der Drehrichtung mit dem Gehäuse oder der Lauftrommel gekuppelt werden.
2. 2. Ausführungsform der umsteuerbaren Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schaufelkränze (2, 3) am äußeren und inneren Umfang mit Einschnitten versehen sind, in welche die Zähne der in Nuten des Gehäuses (1) und der Lauftrommel (7) gleitenden Zahnstangen (9, 10) eintreten, so daß durch Verschieben dieser Zahnstangen der eine Schaufelsatz als Leitvorrichtung gegen das Gehäuse festgestellt und der andere als Laufrädersatz mit der Lauftrommel gekuppelt wird.
3. 3. Ausführungsform der umsteuerbaren Turbine nach Anspruch 1 und 2, bei welcher die Zähne der Zahnstangen (9, 10) keilförmig gestaltet und die schmäleren Enden der Zähne gegen den Treibmitteleinlaß der Turbine gerichtet und die Seitenflächen der Einschnitte in den Schaufelrädern, die mit den Zähnen in Berührung kommen, entsprechend abgeschrägt sind.
4. 4. Ausführungsform der umsteuerbaren Turbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstangen (9, 10) durch Änderungen des Druckes des Treibmittels beeinflußt und bewegt werden, indem die an dem umlaufenden Teil angebrachten Zahnstangen (10) mit einem drehbaren Niederdruckkolben (23) verbunden sind, auf den ständig verminderter Treibmitteldruck wirkt, während die Zahnstangen (9) mit einem nicht drehbaren Hbchdruckkolben (25) in Verbindung stehen und beide Kolben so angeordnet sind, daß sie auf einer feststehenden Muffe innerhalb der Turbine gleiten, durch welche Muffe die angetriebene Motorwelle geht, wobei der Hoch- und der Niederdruckkolben gewöhnlich in Berührung sind und durch den verminderten Druck in einer Stellung gehalten werden, während, wenn Hochdruck zum Hochdruckkolben zügelassen wird, beide Kolben nebst beiden Gruppen von Zahnstangen in der entgegengesetzten Richtung bewegt werden..

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.