DE19158C - Neuerungen an rotirenden Maschinen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 69: Pumpen.

JOHN PATTEN in SAN FRANCISCO. Neuerungen an rohrenden Maschinen.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 6. December i88i ab.

Das Wesentliche der Erfindung besteht aus einer Rotationsmaschine, deren Cylinderraum in diagonaler Richtung durch eine rotirende Scheibe und rechtwinklig zu den Seitenwänden des Cylinders durch eine oder mehrere Wände (in nachstehendem »Kolben« genannt) getrennt ist. Letztere theilen die Scheibe in je zwei Hälften und bewegen sich während der Rotation der Maschine in Schlitzen, die sich in der Scheibe befinden, hin und her. In jede der beiden Kammern, in welche der Cylinderraum durch die Scheibe getheilt ist, kann Dampf oder ein anderes kraftabgebendes Fluidum gesondert treten und expandiren.

In den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht:

Fig. ι die Seitenansicht einer Rotationsmaschine mit Schiebersteuerung zum Arbeiten mit expandirendem Dampf;

;Fig. 2 einen Horizontalschnitt (in doppeltem Mafsstabe der Fig. i) rechtwinklig zu den Cyliriderseitenwänden und durch die Mitte der Schieberkästen, von denen einer in Fig. ι an der linken Seite sichtbar ist. Die schrägstehende Scheibe und der Kolben sind nicht im Schnitt gezeichnet, vielmehr als aus dem Cylinder herausragend gedacht. Bei dem Schieberkasten an der linken Seite der Fig. 2 ist die vordere Wand theilweise abgenommen, damit der Schieber zu sehen ist;

Fig. 3 einen Verticalschnitt durch den Cylinder und durch den Schieberkasten. Die Welle, die diagonale Scheibe und der Kolben sind hier ebenfalls nicht im Schnitt, sondern in der Ansicht gezeichnet;

Fig.- 4 eine Detailansicht des Kolbens;

Fig. 5 eine Detailansicht der Scheibe nebst daran befindlichem kugelförmigen Führungsstück.

A bezeichnet den Mantel des Cylinders. Die Innenseite des Mantels ist concav, während die beiden Cylinderseitenwände innen convex sind, so dafs ein Raum gebildet wird, dessen Form Aehnlichkeit mit demjenigen Theil einer Kugel hat, welcher verbleibt, wenn zwei kegelförmige Stücke auf diametral entgegengesetzten Seiten der Kugel fortgenommen werden.

B bezeichnet die Betriebswelle, welche durch die Mitte der Cylinderseiten geführt ist. An der Welle sind die Kolben und die Scheibe befestigt.

C ist die schon erwähnte Scheibe, welche diagonal durch den Cylinderraum geht und letzteren in zwei gleiche Theile theilt. Die Scheibe ist so angeordnet, dafs sie auf beiden Seiten gegen die Cylinderwände sich lehnt, während ihre Peripherie concentrisch zum Cylindermantel liegt und dicht an letzterem entlang rotirt. Es ist also der Cylinderraum in zwei Kammern getheilt, die nach einer Seite hin an Ausdehnung zunehmen und deren spitze Winkel nach entgegengesetzter Richtung weisen. Die Scheibe bildet die Grundfläche zu jeder dieser Kammern.

In der Mitte der Scheibe befindet sich eine runde Oeffhung, in welcher das hohle, kugelförmige Führungsstück D befestigt ist, derart, dafs die Scheibe gewissermafsen einen Flantsch um die Kugel bildet. Scheibe und Kugel sind als ein Bewegungsstück zu betrachten.

Die hohle Kugel ist an beiden Seiten parallel zur Scheibe abgeschnitten. Es werden dadurch

die Oeffmmgen FF gebildet, in welche die röhrenförmigen Lager E E passen. Diese Lager können durch die Schrauben ff adjustirt werden, so zwar, dafs man es in der Hand hat, sie dem Mittelpunkte der Kugel zu nähern oder sie davon zu entfernen. Die röhrenförmigen Lager EE stehen fest, während die Kugel D sich um sie herum bezw. zwischen ihnen dreht.

Die Scheibe rotirt geneigt zur Maschinenwelle B.

Die äufseren Kanten des auf beiden Seiten der Scheibe C hervorragenden Kugelstückes D verschliefsen die runden Oeffhungen in der. Mitte der Cylinderwände, während der dazwischenliegende Theil des Kugelstückes den Abschlufs der vorhin besprochenen Kammern, nach dem Centrum der Maschine zu, bildet.

Die Maschinenwelle B ist durch beide röhrenförmige Lager E E und durch das Kugelstück geführt, geht aber axial durch den Cylinder. Die Kanten der radialen Schlitze für die Kolben in der Scheibe sind abgerundet und mit einer Dichtung versehen, so dafs ein dichter Verschlufs verbleibt, wenn auch der Winkel, welchen die Mittellinie der Kolben zur Scheibe annimmt, geändert wird.

Die Kolben G G sind vermittelst eines Flachstabes, einer Platte oder Stange HH, die in der Mitte in irgend einer Weise an der Maschinenwelle B befestigt ist, verbunden. Bezügliches Verbindungsstück H geht diametral durch das kugelförmige Führungsstück D und reicht mit seinen Enden darüber hinaus. An diesen herausragenden Enden werden die Kolben befestigt.

Jeder Kolben kann sich, wie schon vorhin erwähnt, in einem Schlitz, der radial in der Scheibe C angebracht ist, leicht und frei bewegen, so zwar, dafs sich der Kolben bei der Drehung der. Maschine mit seiner ganzen Breite über den Schlitz hinwegschiebt.

Die Oeffnungen in dem kugelförmigen Führungsstück D, durch welche der Flachstab, die Platte oder die Stange HH reichen, sind nach entgegengesetzter Richtung bei KK erweitert, damit sich der Kolben mit seiner ganzen Breite durch die Scheibe hindurchbewegen kann. Das Verbindungsstück H trägt zwei Deckplatten JJ, welche sich gegen die Kugeloberfläche legen und die Oeffnungen KK schliefsen. L L bezeichnet Polster, welche in Rinnen, die in den Seitenwänden des Cylinders angebracht sind, liegen, und zwar an den Stellen, wo die Scheibe und die convexe Cylinderwand nahezu in Contact kommen. Das Polster wird durch Federn,. welche in Fig. 2 und 3 ersichtlich sind, gegen die Scheibe gedrückt.

Die Kolben sind so adjustirt, dafs sie mit ihrer ganzen Breite über die eine Seite der Scheibe hervorragen, wenn die andere Seite der Scheibe gegen das Polster streicht.

Die Kanäle m m, durch welche der gespannte Dampf in den Cylinder tritt, liegen dicht vor dem Polster, während der verbrauchte Dampf durch die Kanäle m¹ m', welche sich hinter dem Polster befinden, entweicht. Das Arrangement der Kanäle variirt je nach dem Charakter des kraftabgebenden Fluidums. Kommt beispielsweise ein Wasserrad, eine Pumpe oder ein Gebläse in Frage, dann wird die Einlafsöffnung derartig "erweitert, dafs sie, beim Polster beginnend, etwa ein Viertel um den Cylindermantel herumreicht. Die Austrittsöffnung wird in ähnlicher Weise erweitert. Es erleidet also der Kolben während einer Hälfte seiner Drehung auf beiden Seiten gleichen Druck, arbeitet demnach nur die halbe Zeit. Dies beeinträchtigt indessen die Wirkung der Maschine in keiner Weise, denn während der Kolben an einer Seite der Scheibe die Einströmungsöffnung passirt,· arbeitet er an der anderen Seite der Scheibe. Nimmt man die in Fig. 3 gezeichnete Position der Theile als Ausgangspunkt für die Bewegung an, dann treten nachstehende Vorgänge ein:

Die beiden Kolben haben in der Zeichnung die Polster passirt und erhalten Dampf an ihren hinteren Seiten, während vor ihnen der Dampf gegen den nächsten Kolbentheil, welcher eine gröfsere Fläche bietet, expandirt. Der verbrauchte Dampf vor dem letzterwähnten Kolbentheil tritt hinter dem Polster aus.

Durch die konische Form der Cylinderseitenwände und durch die geneigte Stellung der Scheibe werden schräg zulaufende Dampfkammern an jeder Seite der Scheibe gebildet. Die Scheibe, welche eine Fläche jeder dieser Kammern abgiebt, wird in ihrer schrägen Stellung durch die Kolben gedreht. Nun correspondirt die Neigung, welche die Scheibe einnimmt, mit der Breite der Kolben, und es werden die Kolben jedesmal, wenn die Maschine eine ganze Umdrehung gemacht hat, in ihrer ganzen Breite über die Scheibe hin- und zurückgelaufen sein.

An der Stelle, wo der Dampf einströmt (s. Fig. 3), beginnen die Kolben gerade aus dem Schlitz herauszutreten und der volle Dampfdruck richtet sich gegen den kleinen Theil des Kolbens, welcher über die Scheibe auf derjenigen Seite, von welcher der Dampf kommt, projectirt. Indem aber die Kolben von dem Dampfzuführungskanal fortbewegt werden, bieten sie dem Dampf immer gröfser werdende Flächen bis zur entgegengesetzten Seite des Cylinders. Von da ab wird der Raum, welcher vor dem Kolben liegt, wieder successive nach dem Ausströmungskanal hin kleiner, bis der Kolben am Polster angelangt ist.

Wenn die Maschine allein durch den Druck des gespannten Dampfes getrieben werden soll, wirkt der Dampf gegen den an einer Seite der Scheibe herausragenden Kolbentheil von der Zeit ab, wo dieser Kolbentheil das Polster ■ passirt hat, bis die Drehung halb vollendet ist. Alsdann wird das weitere Nachdringen des Dampfes durch den nächsten Kolben verhindert und der verbrauchte Dampf tritt während des Restes der Drehung aus. Aber schon bei Beginn der zweiten Hälfte der Drehung tritt der Kolben auf der anderen Seite der Scheibe successive hervor und erhält aus einem zweiten Einströmungskanal Dampf. Es wird also jeder Kolben auf einer Seite der Scheibe von gespanntem Dampf getrieben, während er auf der anderen Seite den verbrauchten Dampf ausstöfst.

Soll der Dampf expandiren, dann wird er abgesperrt, nachdem der Kolben einen gewissen Theil der Bewegung vollbracht hat, aber noch bevor er den Punkt erreicht, wo der folgende Kolben in Action tritt. Der Dampf expandirt dann, bis der Kolben etwa drei Viertel der Drehung vollbracht hat. Alsdann entweicht der Dampf durch einen Vorkanal e^l, der mit dem eigentlichen Ausströmungskanal in Communication steht.

Die beschriebene Maschine kann auch als Wasserrad oder als Luftcompressionsmaschine verwendet werden. Zu letzterem Zweck eignet sich die Maschine sogar ganz besonders, da sie die Luft in demselben Verhältnifs verdichtet, in welchem die. Betriebskraft der Maschine zunimmt.

Bei den Maschinen, die Luft comprimiren sollen, wird die Einströmungsöffnung in der gewöhnlichen, aus der Zeichnung ersichtlichen Weise angeordnet. Dagegen ist der Kanal, durch welchen die comprimirte Luft ausströmt, unmittelbar an das Polster zu verlegen. Im Falle die Luft bis zu einem hohen Grade verdichtet wird, bringe ich ein Rückschlagsventil im Ausströmungskanal an, damit die Luft verhindert wird, wieder in den Kanal zurückzu-, treten.

Bei Dampfmaschinen ist es oft wünschenswerth, den Dampf weiter expandiren zu lassen, als bei der vorhin beschriebenen Anordnung möglich ist, um eine gröfsere Oekonomie im Dampfverbrauch zu erzielen; ferner ist es von Wichtigkeit, die Maschine so einzurichten, dafs man sie nach Belieben vorwärts oder rückwärts laufen lassen kann. Zu diesem Zweck versehe ich die Dampfkanäle mit Schiebern, wie In der Zeichnung angegeben. Die Buchstaben m m¹ bezeichnen die Kanäle vor bezw. hinter dem Polster. Jeder dieser Kanäle kann als Dampfzuführungskanal oder als Auslafskanal benutzt werden, je nach der Richtung, in welcher die Maschine rotiren soll, e e¹ sind Kanäle, welche mit dem Cylinderraum communiciren und in letzteren, etwa ein Viertel des Kolbenweges von mm¹ entfernt, münden.

Der Schieber N bedeckt in der Zeichnung die Kanäle ιη^λ e¹ derartig, dafs beide den verbrauchten Dampf ausströmen lassen können. Der Kanal e wird durch den Schieber JV geschlossen.

Zwei Kanäle PP¹, die mit mm¹ qorrespondiren, sind durch den Schieber geführt. In der Zeichnung steht der Kanal P direct über dem Kanal m und gestattet also dem gespannten Dampf, vom Schieberkasten in den Cylinder zu treten. Der Kanal P¹ kommt nicht in Wirkung.

Bei einer gewöhnlichen Maschine, in welcher der Dampf nur von etwa 2 auf 3 Volumen expandiren soll, wird nur der Schieber JV angewendet, und derselbe verbleibt auf seinem Platz, während die Maschine arbeitet. Soll die Drehung in entgegengesetzter Richtung erfolgen, dann wird der Schieber so gestellt, dafs der Kanal P¹ über m¹ steht.

Vermittelst des Schiebers h, welcher in der bekannten Weise durch ein Excenter bewegt wird, kann man den Dampf beliebig früh abschneiden, ihn also beliebig weit expandiren lassen.

Zum Verändern der Drehungsrichtung der Maschine benutze ich den bekannten 'Mechanismus, welchen ich in der Zeichnung angedeutet habe.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Die adjustirbaren, cylindrischen Lager EE und die an beiden Enden abgeschnittene hohle Kugel.

2. Die Verbindung der Kolben G G mit der Welle B durch die Flachstäbe, Platten oder Stangen HH, die durch Oeffnungen in das Kugelstück greifen und Deckplatten JJ tragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.