DE2201553A1

DE2201553A1 - Umlaufende Maschine fuer Druckfluessigkeit

Info

Publication number: DE2201553A1
Application number: DE19722201553
Authority: DE
Inventors: Marcel Jean Pierre
Original assignee: MARCEL JEAN PIERRE
Current assignee: MARCEL JEAN PIERRE
Priority date: 1971-01-14
Filing date: 1972-01-13
Publication date: 1972-07-27
Also published as: AU454029B2; JPS5425164B1; DE2201554C3; JPS5629117B1; AU3787772A; AU452316B2; CA965303A; DE2201554B2; GB1347173A; DE2201554A1; BE777628A; US3850552A; US3751194A; AU3788072A; IT946544B; CA967428A; GB1347231A

Description

Dipl..Ing. H. MITSCHERLICH Dr. rer. not. W. KDRBER ^Telifon: (⁰⁸¹¹J PATENTANWÄLTE

Gas O

13. Januar 1972

Jean Pierre MARCEL
20, rue E. Roux
Ruelle (16) Frankreich

Patentanmeldung

Umlaufende Maschine für Druckflüssigkeit

Die Erfindung betrifft umlaufende Maschinen für Druckflüssigkeit, wie sie beispielsweise in der deutschen Patentschrift 199 795 beschrieben sind, d.h. also Maschinen, die als Pumpen, Verdichter oder Motoren verwendbar sind und die zwei koaxiale Organe aufweisen, die sich zueinander um ihre gemeinsame Achse drehen können, wobei das eine Organ Kolben besitzt, die in Zylindern beweglich sind, die durch Ringnuten in dem anderen, zu dem einen Organ koaxialen Organ gebildet werden und die in Arbeitsräume unterteilt sind durch in den Ringnuten bewegliche Trennwände, die von an dem ersten Organ vorgesehenen Nocken beeinflußt werden, wobei eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung für Flüssigkeit mit jeweils einer öffnung in Verbindung stehen, die sich auf der einen bzw. der anderen Seite des Kolbens befinden.

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Bei den bekannten Maschinen dieser Art steht das eine der beiden Organe fest, während das andere umläuft, wobei je nach der Anwendungsweise das innenliegende oder das aussenliegende Organ das umlaufende sein kann* Unabhängig davon ist aber das innenliegende Organ mit einer zentralen Welle starr verbunden, von der mindestens das eine Ende aus dem aussenliegenden Organ herausragt·

Bei bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweise für den Drehantrieb der Türme an Hebezeugen, wäre es nun sehr vorteilhaft, wenn alle Organe des Motors am Rande der Turmbasis zusammengefaßt würden, d.h. wenn ein Motor grosser Abmessungen, die etwa denen des Turms entsprächen, verfügbar wäre, wobei der Innenbereich einen unbenutzten Raum darstellen würde.

Aus diesem Grunde sind gemäß der Erfindung die beiden koaxialen umlaufenden Organe ringförmig ausgeführt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung befindet sich das eine der beiden Organe und zwar das Organ, in dem die Zylinder ausgebildet sind, im Innenbereich des anderen Organs, und die Flüssigkeitseintritts- und die Flüssigkeitsa ustrittsöffnung sind an dem innenliegenden Organ vorgesehen. Diese Bauweise ist besonders dann von Vorteil, wenn das umlaufende Organ des Motors sich an der Aussense it e befinden muß.

Nach einem anderen erfxndungsgemässen Prinzip weist der Motor ein drittes Koaxialorgan auf, das im inneren Bereich des innenliegenden Organs untergebracht ist und um die beiden erstgenannten umlaufen kann; das dritte Organ ist dichtend gegen das ihm benachbarte Organ gesetzt und dieses dritte Organ mit dem ihm benachbarten ist so entworfen und ausgeführt, daß es die gleichen speziellen und rela-

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tiven Eigenschaften hat wie die beiden erstgenannten Organe.

Eine bessere Erklärung der Erfindung kann man der nachstehenden Beschreibung einiger Ausführungsformen einer umlaufenden Maschine für Druckflüssigkeit und den zugehörigen Zeichnungen entnehmen, die folgendes darstellen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Hälfte einer erfindungsgemässen umlaufenden Maschine mit Druckflüssigkeit;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig, 3 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsfonn der erfindungsgemässen Maschine, geschnitten längs der Linie III-III in Fig. 4;

Fig. U bzw. 5 Längsschnitte längs der Linien IV-IV bzw. V-V in Fig. 3;

Fig. 6 eine besondere Ansicht eines Trennstegs für die Maschine nach den Fig. 3 bis 5;

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Steg nach Fig. 6;

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 7;

Fig. 9 eine Abwicklung eines Teils der in Fig. 5 gezeichneten Anordnung;

Fig.10 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsfonn der Erfindung, geschnitten längs der Linie X-X

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in Fig, 11;

Fig.11 bzw. 12 Querschnitte längs der Linien XI-XI und XII-XII in Fig. 10;

Fig.13 bis 26 schematische Darstellungen der Arbeitsweise von verschiedenen, aus der Maschine nach den Fig.10 bis 12 entwickelten Maschinen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine umlaufende Maschine mit Druckflüssigkeit, aufgebaut in kranzartiger Anordnung mit vollständig freiem Mittelteil, d.h. es sind dort keine Wellen vorgesehen und man kann dort beispielsweise den Drehantrieb für einen Turm unterbringen.

Der feststehende Maschinenteil (Stator) besteht aus zwei Kränzen 201, 201A, deren äussere Ränder mit Schrauben auf einen Versteifungsring 202 geschraubt sind.

Kolben 206, 2O6A bestehen aus zylindrischen Kranzsegmenten, die in gleichmässigen Abständen jeweils in je einem von zwei Zylindern 207, 2O7A befestigt sind, die durch jeweils eine Ringnut mit rechteckigem Querschnitt gebildet sind, die in jeweils eine der beiden einander gegenüberstehenden Flächen eines Kreisrings 208 geschnitten sind, der den Rotor der Maschine darstellt.

Flüssigkeit kann durch feststehende Rohrleitungen 211, 2HA, die in unmittelbarer Nachbarschaft der Kolben in die beiden Zylinder münden, in die Zylinder eintreten und aus ihnen abfliessen.

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Bewegliche, radial verlaufende Trennwände 213 lassen sich in Radialschlitzen 214 verschieben, die durch die gesamte Stärke des Rotors reichen; die Trennwände werden durch je einen Zylinderstift 216 in Form von Steuerhebeln angetrieben, um jegliches Klemmen zu vermeiden, das auf unvollkommene Konzentrizitfit der verschiedenen Maschinenbauteile zurückzuführen wäre. Jeder Stift 216 weist einen sphärisch ausgeführten Mittelabschnitt 217 auf, der in eine in axialer Richtung verlaufende Bohrung 218 in dem R>tor eingesetzt ist, sowie zwei sphärische Endstücke 221, 2 22, die in zugeordnete Nuten 223, 224 eingesetzt sind, die Führungsnuten in den beiden einander gegenüberstehenden beiden Statorflanschen 201, 201A bilden. Zur Vereinfachung der Herstellung ist mindestens eine der Seitenflächen der Führungsnuten aus einer angesetzten Ringplatte 226, 226A gebildet, die beispielsweise mit Senkkopfschrauben 227 an dem zugeordneten Flansch befestigt wird.

Der Statorflansch 201 weist Gewindebohrungen 231 auf, durch die man nach dem Zusammenbau des Rotors, des Stators und der beweglichen Trennwände leicht die Stifte 216 einführen kann. In die Gewindebohrungen werden durchbohrte Stopfen 232 geschraubt, die als Ausgänge für die Rückgewinnung von Leckflüssigkeit dienen.

In die beiden Rotorflächen geschnittene Ausnehmungen 2 34, 234A, die mit Druckflüssigkeit gefüllt sind, bilden hydraulische Anschläge zum axialen Ausrichten des Rotors zwischen den beiden Statorflanschen,

Die Maschine arbeitet folgendermaßen:

Man geht von der Annahme aus, daß die Maschine als Motor arbeiten soll, d.h. öl oder eine andere Druckflüssigkeit wird

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in die Leitungen, beispielsweise die Leitung 2HA geführt, die im oberen Teil der Fig, 2 zu sehen ist, d.h. an der Vorderseite des Kolbens 206, wenn man als Drehrichtung der Maschine die Pfeilrichtung f annimmt· Die anderen öffnungen, etwa die öffnung 211A, die im unteren Teil der Fig. 2 zu sehen ist, d.h. auf der Rückseite der Kolben 206, stehen mit einer geeigneten Rückführungsleitung in Verbindung.

Die durch die Zuleitungsöffnungen an verschiedenen, gleichmassig über den Umkreis des Zylinders 207 verteilten Eintrittsöffnungen in den Zylinder geleitete Druckflüssigkeit übt einen Druck auf die Rückwand der radial angeordneten beweglichen Trennwände 213 aus, die wegen ihrer Stellung den Zylinder sperren. Das öl, das sich an der Vorderfläche des zugeordneten Kolbens abstützt, drückt die unmittelbar vor dem Kolben befindliche Trennwand weiter und versetzt infolgedessen den Kreisring 208 der Maschine in Drehung in Richtung des Pfeife f.

Gleichzeitig findet sich das zwischen der Rückseite jedes Kolbens 206 und der Vorderseite der unmittelbar dahinter stehenden Trennwand eingeschlossene öl (wie es beispielsweise im unteren Abschnitt der Fig. 2 gezeichnet ist) in einem fortlaufend kleiner werdenden Volumen eingeschlossen, so daß es durch die zugeordnete Austrittsöffnung 2HA ausgestoßen wird«

Während der Maschinenrotor umläuft, werden die beweglichen radialen Trennwände 213 von der Führungsnut 6 3 derart beeinflußt, daß die Ausschnitte 207 der Trennwände genau mit dem Profil dee Zylinders 207 zusammenfallen und daß der Kolben 206 durch diese Ausschnitte laufen kann.

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Die Maschine arbeitet unter besonders guten Bedingungen, denn sie ist vollständig ausgeglichen.

Das von dem Rotor 208 abgegebene Drehmoment ist gleich der Summe der von dem Öldruck auf die Rückseite jeder Trennwand, die der Vorderseite eines Kolbens 206 gegenübersteht, abgegebenen Momente.

Durch Vertauschen von Eintritts- und Austrittsöffnung für das Drucköl läßt sich natürlich die Drehrichtung der Maschine umkehren«

Ausserdem handelt es sich um eine reversible Maschine, d.h., wenn ihr Rotor 208 angetrieben wird, kann sie als Pumpe oder als Verdichter arbeiten.

Eine weitere, in den Fig, 3 bis 9 dargestellte Ausführungsform besteht im wesentlichen aus folgenden Teileni

einem zylindrischen Stator 341 aus einem Hauptteil 312, auf den eine durch einen Zentrierstift 344 ausgerichtete Büchse 343 aufgeschrumpft ist und zwei spielfrei an dem Bauteil 341 angebrachten und mit Vorsprüngen 347 (Fig.5) ausgerichteten Nockenscheiben 345, 346. Die Flüssigkeit tritt quer durch den Stator ein und entweicht auf dem gleichen Wege;

- einem einstückigen Rotor 351; der Zwischenraum zwischen dem äusseren Statorteil und dem inneren zylindrischen Koaxialteil des Rotors ist sehr klein;

- einer Verbindung zwischen Stator und Rotor, bestehend aus zwei Kugellagern 352, 353, die von Bundringen 354, 355, die mit Schrauben 356 am Rotor befestigt werden

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und die auch Stopfbuchsen 358, 359 tragen, gehalten sind·

Im Rotor befinden sich Ringnuten 361. Diese Nuten bestimmen zusammen mit der Aussenseite des Stators ringförmige, als Zylinder bezeichnete Hohlräume. In jedem Zylinder befindet sich ein Kolben 363 oder 364, dessen Querschnitt demjenigen des Zylinders konjugiert ist und der dichtend in dem Zylinder verschiebbar ist. Jeder Kolben ist mit dem Stator lediglich in Umfangsrichtung durch einen Stift 365 verknüpft.

Der Rotor besitzt ausserdem in gleichmässigen Abständen über seine Mantelfläche verteilt in axialer Richtung verlaufende Nuten 367. In diesen Nuten bewegen sich einstellbare Stege 368 mit Ausschnitten 373, die zusammen bewegliche Trennwände darstellen (vgl. auch Figuren 6 bis 8).

Die Maschine besitzt zwölf Nuten und vier Zylinder. Die Kolben der Zentralzylinder 361A, 361B (Fig. 4) sind um 180° gegen diejenigen der Aussenzylinder 361C, 361D versetzt.

Die beweglichen Stege berühren mit ihren Enden die Flächen 371, 372 der Nocken 345, 346; diese Nocken verleihen beim Umlaufen des Rotors den Stegen eine hin und hergehende geradlinige Bewegung; infolge dieser Verlagerung wird jeder Zylinder gesperrt oder freigegeben, wobei die Freigabe dann erfolgt, wenn die Trennwände an den Kolben vorbeilaufen·

Fig. 9, die eine Abwicklung der Zylinderfläche entsprechend dem durch den mittleren Nockendurchmeseer (MN links in Fig. Ό verlaufenden Zylinder darstellt, läßt erkennen,

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daß sich beiderseits jedes Kolbens flüssigkeitsgefüllte Arbeitsräume 375, 376 bilden.

Wird die Maschine als Motor betrieben, so arbeitet sie folgendermaßen:

Die durch die Zulaufleitungen herangeführte Druckflüssigkeit durchläuft den axialen Hohlraum 377 (Fig, 5) und die Anschlußleitungen 378 und gelangt dann durch öffnungen 379 in die Arbeitsräume 37 5 (Fig. 9). Indem sie sich an den Kolben abstützt, drückt sie die die Zylinder verschliessenden Trennwände (368A in Fig» 3) in Richtung des Pfeils F weiter. Daher wird der ganze Rotor in Richtung des Pfeils F gedreht. Die in den Räumen 376 eingeschlossene Flüssigkeit entweicht durch die öffnungen 381 und erreicht über die Anschlußlextungen 382 und den hohlen Axialabschnitt 383 die Ausflußleitungen.

Während der Drehung werden die beweglichen Trennwände 368B (Fig. 3) in die Stellung zum öffnen der Zentralzylinder verlagert, während die Trennwände 368C in die Stellung zum Schliessen dieser Zylinder verlagert werden. Somit entstehen fortlaufend auf jeweils einer Kolbenseite ein Raum, in dem die Flüssigkeit unter Eingangsdruck steht und ein Raum, in dem die Flüssigkeit dem Austrittsdruck ausgesetzt ist.

In der Zone I (Fig. 9) befinden sich die Trennwände in der Stellung, in der die Zentralzylinder 361A und 361B geöffnet und die Aussenzylinder 361C und 361D geschlossen sind; die Trennwände verändern ihre Lage nicht, und die Nockenflächen stellen senkrecht zur Drehachse verlaufende Ebenen dar.

Zone II entspricht dem Obergang aus der öffnungs- in

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die Sperrstellung bei den Zentralzylindern und dem Übergang aus der Sperrstellung in die Öffnungsstellung bei den Aussenzylindern. Während dieses Vorgangs ist jede Trennwand von Flüssigkeit umgeben, an der Druckausgleich hergestellt ist durch:

Leitungen 385 (Fig· 7, 8), die Innen- und Aussenflache der Trennwände miteinander verbinden;

- Ausnehmungen 386 (Fig, 3 und 9), die in die dem Stator zugehörige Fläche der Zylinder geschnitten sind und die eine Verbindung zwischen den beiden Seitenflächen bei Abschluß der Sperrbewegung herstellen, wenn diese Verbindung nicht mehr Ober die Ausschnitte 373 erfolgen kann;

- die Ausbildung dieser Trennwände, bei der die Druckwirkungen in Längsrichtung sich ausgleichen.

Es ist zu bemerken, daß das Eindringen der Trennwand in den Zylinder das Volumen des Arbeitsraumes nicht verändert, weil die Trennwand aus dem Zylinder in ihrem Ausschnitt 373 ein Flüssigkeitsvolumen entfernt, das dem Volumen des in den Raum aufgenommenen Wandteils gleich ist· Die Maschine kann sehr hohe Drehzahlen erreichen, weil sie stoßfrei und damit vibrations- und lärmfrei arbeitet wegen des Druckausgleichs innerhalb der mit den beweglichen Trennwänden in Berührung kommenden Druckflüssigkeit, womit jede Reibungswirkung fortfällt, und wegen der Aufrechterhaltung des Volumens der flüssigkeitsgefüllten Arbeitsräume.

In Zone III (Fig. 9) sind die Zentralzylinder geschlossen und die Aussenzylinder geöffnet und die Trennwände werden, wie in Zone I, nicht verschoben; die Nockenflächen

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stellen senkrecht zur Drehachse verlaufende Ebenen dar.

In Zone IV findet eine Verschiebung der Trennwände statt, die dem Vorgang in Zone II entgegengesetzt ist« Das Nockenprofil ist symmetrisch zu dem in Zone II vorliegenden, bezogen auf die Mittelebene der Zone III« Vor dem Bewegungsbeginn der Trennwände stellen die Ausnehmungen 386 die Verbindung zwischen den auf den beiden Seiten der Trennwand befindlichen Zylinderräumen her, um den Flüssigkeitsdruck auszugleichen; anschliessend erfolgt der Druckausgleich über die Ausschnitte 37 3· Das Durchlaufen dieser vier Zonen entspricht einem vollständigen Zyklus·

Eine weitere, in den Fig. 10 bis 12 gezeigte Ausführungsform weist im wesentlichen drei Anordnungen auf.

Die erste Anordnung ist eine Maschine, die sich zusammensetzt aus:

einem Stator HOl mit Zutritts- und Ablauföffnungen 402, 403, Kolben 404 und Nocken 405;

- einem Rotor 406 mit Zylindern 407, Nuten 408 und beweglichen Trennwänden 409;

- Kugellagern 420, die die koaxiale Drehbewegung von Rotor und Stator zueinander gewährleisten.

Die zweite Anordnung besteht aus einer Maschine, wie sie in den Fig· 3 bis 9 dargestellt ist:

die Untergruppe, die den Rotor der Maschine bildet, besteht aus dem Rotor 406 der vorhergehenden Anordnung

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mit den Zylindern 411, den Nuten 412 und den beweglichen Trennwänden 413;

die Untergruppe, die den Stator der Maschine bildet, besteht aus der Welle 414 mit Zuleitungen und Ableitungen 415-416, den Kolben 417, den Nocken 418;

die Kugellager 419 gewährleisten die koaxiale Drehung der beiden Untergruppen umeinander.

Die dritte Anordnung 420 bildet eine umlaufende Dichtung gegen die Welle 414, der Hauptteil 4 21 ist an dem Stator 411 befestigt. Die koaxiale Ausrichtung zwischen der Welle 414 und dem Hauptteil 421 erfolgt durch das Wälzlager 42 2.

Die Maschine arbeitet, wenn sie als Motor verwendet wird, folgendermaßen:

Die erste Anordnung stellt einen Motor dar, der im vorliegenden Fall vier Zylinder mit je einem Kolben in jedem Zylinder aufweist. Die Arbeitsweise dieses Motors ist mit derjenigen des Motors nach den Fig. 3 bis 9 zu vergleichen, und der einzige prinzipielle Unterschied ist darin zu sehen, daß der innere Teil umläuft und nicht der äussere.

Die zweite Anordnung stellt ebenfalls einen Motor dar, dessen Arbeitsweise in Verbindung mit den Fig. 3 bis 9 beschrieben worden ist.

Diese beiden Motoren besitzen jeweils eigene Zuleitungsund Ableitungseinrichtungen, gemeinsam ist ihnen das Bauteil 406, das den Rotor der beiden Maschinenbestandteile

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bildet.

Der Zusammenbau dieser beiden Motoren, die ein gemeinsames Bauteil besitzen, verleiht der Maschine besondere Eigenschaften.

Die schematischen Zeichnungen der Fig. 13 bis 26 sollen die Arbeitsweise und die Möglichkeiten dieser Maschine, die für kleine Drehwinkel vergleichbar ist einem Doppelzylinder mit zwei Kolben, besser verständlich machen. Der erste Motor wird nachstehend als "Motor I", der zweite Motor als "Motor II" bezeichnet.

Der feststehende Teil des Motors I wird durch die Kolbenstange 501 und den Kolben 504 (Fig. 13) repräsentiert, welch letzterer im linken Zylinderteil 506-1 des Doppelzylinders 506 angeordnet ist, der den beweglichen Teil des Motors I darstellt.

Bei dem Motor II ist der dem Rotor entsprechende Teil schematisch durch den rechten Zylinderteil 506-2 des gemeinsamen Doppelzylinders 506 dargestellt, während der Kolben 517 und dessen Kolbenstange 511 den Stator vertreten.

Zuleitungen und Ableitungen stellen die Leitungen 502 und 503 für den Zylinder 506-1 und 515 und 516 für den Zylinder 506-2 dar.

Arbeitsweise nach Fig. 14:

Die Punkte A und B werden als feststehend vorausgesetzt (Stator 501 steht fest und Welle 514 wird festgehalten). Der Flüssigkeitszutritt erfolgt bei 503, der Ablauf bei 502.

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Die in 506-12 eintretende Flüssigkeit stützt sich an der festgehaltenen Fläche des Kolbens 504 ab und verschiebt den Zylinder 506 nach rechts. Die in 506-21 befindliche Flüssigkeit wird durch die Öffnung 515 ausgestoßen, deshalb erfolgt Ansaugen durch die Leitung 516.

Der Teil I der Maschine arbeitet als Motor, der Teil II als Pumpe.

Arbeitsweise nach Fig. 15:

Punkt A ist unbeweglich (feststehender Stator). Der Auslauf aus dem Zylinder 506-1 erfolgt durch den Teil 506-22 des Zylinders 506-2, wobei unterstellt wird, daß die Zylinder übereinstimmende Querschnittsfläche haben. Die Austrittsleitungen des Motors I sind die Zutrittsleitungen 516 des Motors II, die Motoren I und II sollen gleichen Hubraum haben, und die Flüssigkeit soll inkompressibel sein.

Der fortlaufende Obergang in diese Stellung entspricht dem Abbremsen und Anhalten der Welle 51t.

Arbeitsweise nach Fig. 16:

Der in dieser Figur beschriebene Fall unterscheidet sich von dem vorhergehenden dadurch, daß der Querschnitt S des Zylinders 506-1 sich von dem Querschnitt s des Zylinders 506-2 unterscheidet (die Motoren I und II haben unterschiedlichen Hubraum). Das aus 506-11 hinausgedrückte Flüssigkeitsvolumen ist gleich dem in 506-22 eintretenden Volumen. Sl = sL.

Der von dem Punkt B zurückgelegte Weg ist gleich (1-L). Diese Wegstrecke ist mit der Verschiebungsgrösse des

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Doppelzylinders 506 durch die Beziehung

1-L
1

verknüpft, die eine Konstante der dargestellten Maschine ist. Die Verlagerung des Zylinders 506 ist herabgesetzt.

Die individuelle Versorgung der Zylinder des Motors I gibt die Möglichkeit, sehr einfach eine Maschine mit mehreren Drehzahlen der Welle bei gleicher Leistung herzustellen, weil der Hubraum des Motors I von der Zahl der gespeisten Zylinder abhängt.

Arbeitsweise nach Fig· 17:

Punkt A ist unbeweglich (feststehender Stator). Der Flüssigkeitsaustritt aus dem Zylinder 506-1 erfolgt in den Teil 506-21 des Zylinders 506-2, wobei gleicher Querschnitt der beiden Zylinder vorausgesetzt wird. Die Austrittsleitungen des Motors I stellen die Eintrittsleitungen 515 für den Motor II dar, wobei gleicher Hubraum beider Motoren und Inkompressibilität der Flüssigkeit vorausgesetzt wird.

Das Volumen des Zylinders 506-12 hat sich um das Volumen der aus 506-11 fortgeschafften Flüssigkeit vergrössert; da dieser Flüssigkeitsüberschuß nach 506-21 umgepumpt ist, besteht Obereinstimmung zwischen den Volumina der Zylinderteile 506-12 und 506-21. Die Lage des Kolbens ist symmetrisch zu der Lage des Kolbens 504 bezüglich des gemeinsamen Zylinderbodens; die Verlagerung des Punkts B ist doppelt so groß wie die des Doppelzylinders.

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Für die Maschine bedeutet das eine doppelt so große Drehzahl der Welle gegenüber der Drehzahl der Motoren I oder II infolge der Addition ihrer Drehzahlen.

Diese Anordnung ermöglicht die Konstruktion eines Motors mit sehr hoher Drehzahl,

Arbeitsweise nach Fig. 18:

Diese Anordnung hat Ähnlichkeit mit derjenigen nach Fig. 16. Die Motoren haben ungleich grossen Hubraum.

Die von dem Punkt B zurückgelegte Wegstrecke beträgt (1+L), und sie ist mit der Grosse der Verlagerung des Doppelzylinders 506 durch die Beziehung

H-L _ s+S
1 s

verknüpft, die für die in Fig. 18 schematisch angegebene Maschine eine Konstante ist. Im Hinblick auf die Möglichkeit, den Hubraum des Motors I sich ändern zu lassen, verdoppelt diese neuartige Ausbildung der Versorgung des Motors II die Anzahl von Drehzahlen der Welle, die gegenüber der Lösung nach Fig. 16 erzielbar ist.

Arbeitsweise nach Fig. 19:

Der Zylinder 506-1 wird in der gleichen Weise gespeist wie bei der vorhergehenden Bauweise, die Zulauf- und die Ablauföffnung des Zylinders 506-2 stehen miteinander in Verbindung (Zulauf und Ablauf des Motors II werden zusammengeschaltet, Motor I wird normal gespeist.)

Wegen der Verbindung zwischen den Räumen 506-21 und 506-2 herrscht in der Flüssigkeit beiderseits des Kolbens

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Druckgleichgewicht, Sieht man von Reibungseffekten ab, so führt jede Krafteinwirkung in axialer Richtung auf die Kolbenstange 514 zu einer Verlagerung des Punkts B, der nicht mehr mit dem Doppelzylinder verbunden ist.

Bei der Maschine führt ein allmählicher Übergang in diesen Zustand zu freier Beweglichkeit der Welle (Freilauf) .

Arbeitsweise nach Fig, 20:

Die Speisung des Zylinders 506-1 erfolgt immer in gleicher Weise, die Leitung, die die Zulauf- und die Ablauföffnungen anschließt, wird bei C gesperrt (Motor I läuft um, Zulauf- und Ablaufleitungen des Motors II geschlossen). Da die Flüssigkeit in den Zylinderabschnitten 506-21 und 506-22 inkompressibel ist, läßt sich der Kolben 517 in dem Zylinder 506-2 nicht verschieben. Der Kolben und infolgedessen auch der Punkt B machen die Verlagerung des DoppelZylinders mit.

Die Maschinenwelle läuft mit der Drehzahl des Motors I um, was zusätzliche Möglichkeiten für die Drehzahl der Welle bei gleicher Leistung gibt.

Umkehrung von Speisung und Ablauf bei dem Motor I: In allen bisherigen Betrachtungen ist von der Versorgung des Motors I durch die öffnung 503 hindurch ausgegangen worden. Bei der Versorgung durch die öffnung 502 wird die Drehrichtung des Motors umgekehrt, was zu folgenden Konsequenzen führt: Bei der Anordnung nach Fig, 19 ändert sich nichts; bei der Anordnung nach Fig. 14 wird die Ansaug- und die Ausstoßrichtung bei der Pumpenwirkung umgekehrt; bei der Anordnung nach Fig. 20 wird die Dreh-

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richtung der Maschinenwelle umgekehrt, und bei der Anordnung nach Fig, 17 kann man die Welle abbremsen und anhalten, weil die Verschiebung von Bl-I=O ist ötatt 1 + L = 21, und ferner ergeben sich folgende Möglichkeiten:

Arbeitsweise nach Fig. 21:

Der Auslauf aus 506-1 gelangt durch die öffnung 516 als Zulauf nach 506-2.

Das aus 506-12 hinausgedrückte Volumen ist gleich dem aus 506-21 verdrängten. Die Stellung des Kolbens 517 ist symmetrisch zu der des Kolbens 5OH bezüglich des gemeinsamen Zylinderbodens der beiden Zylinder, die Verlagerung von B (-21) ist zweimal grosser als die Verlagerung des Doppelzylinders.

Daraus ergeben sich neue Wellendrehzahlen, die bei umgekehrter Drehrichtung gleich denen sind, die mit der Anordnung nach Fig. 17 zu erreichen waren·

Arbeitsweise nach Fig. 22:

Die Motoren haben, wie bei den Anordnungen nach den Fig. 16 und 18, ungleich grossen Hubraum. Wegen des negativen Werts (-1) der Verlagerung des Doppelzylinders ist die Verlagerung des Punkts B gleich (-1+L), und diese Verlagerung ist mit derjenigen des Doppelzylinders durch die Beziehung

H-L _ s+S
1 s

verknüpft.

Die Drehzahlen der '»lic sind gleich denen bei der Anordnung nach Fig. 18, dit. Drehrichtung ist entgegengesetzt.

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Arbeitsweise nach Fig. 23:

Die Motoren haben ungleich grossen Hubraum. Da die Verlagerung des Doppelzylinders negativ ist, verlagert sich der Punkt B um den Betrag (L-I), Dieser Weg ist mit der Verlagerung des Doppelzylinders durch die Beziehung

L-I 1

verknüpft.

Die erzielbaren Drehaahlen sind dieselben wie bei der Anordnung nach Fig. 16, jedoch ist die Drehrichtung entgegengesetzt.

Vertauschen der Rollen der Motoren I und II (Fig. 24 und 25).

Bisher ist vorausgesetzt worden, daß der Motor I unmittelbar mit Druckflüssigkeit versorgt wird. Da jeder der Motoren I und II eine eigene Versorgung besitzt, kann die unmittelbare Versorgung auch am Motor II vorgenommen werden. Dieses Vorgehen bietet die Möglichkeit, die Drehrichtung der Maschinenwelle durch Vertauschen der Rolle der Motoren I und II umzukehren, wie es in Fig. 24 dargestellt wird, wo Zufluß und Abfluß gegenüber der Anordnung nach Fig. 23 vertauscht sind.

Ohne einen Einfluß durch ungleichen Hubraum würde die Maschinenwelle mit der Drehzahl des Motors II bei der Anordnung nach 1%. 25 angetrieben, die an die Fig. 20 erinnert, nach welcher die Welle die Drehzahl des Motors I besitzt.

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Getrennte Versorgung der beiden Motoren (Fig. 26):

Wenn die Motoren I und II unabhängig voneinander versorgt werden, ergeben sich zahlreiche weitere Möglichkeiten. Die schematische Zeichnung in Fig. 2 6 gibt dafür ein Beispiel.

Es handelt sich dort um zwei Motoren mit unterschiedlich grossem Hubraum; die Motoren besitzen Ventile in ihren Versorgungsleitungen.

In die Zulaufleitung 503 des Motors 506-1 mit grossem Hubraum ist ein Ventil 523 eingesetzt, das so eingestellt ist, daß es bei dem Druck öffnet, der so errechnet wurde, daß bei der vorgesehenen Arbeitsdrehzahl die vorgesehene Leistung geliefert wird. In der Leitung 515 des Motors 506-2 mit kleinem Hubraum wirkt ein Ventil 52¹+ als Rückschlagventil für die Flüssigkeit.

Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Je nach der Grosse des Widerstandsmoments, das die Maschine überwinden soll, baut sich ein bestimmter Druck in der Zuführungsleitung auf. Liegt dieser Druck unterhalb des errechneten Drucks, so tritt Flüssigkeit nur in den Motor mit kleinem Hubraum ein, der ausschließlich benutzt wird. Ist der Druck grosser als der errechnete, so dringt Flüssigkeit in den Motor mit grossem Hubraum ein, wodurch ein das bisherige Motormoment übersteigendes Drehmoment auftritt. Wegen des Querschnittsunterschieds der Zylinder 506-1 und 506-2 ist der Druck in 515 höher als der Zulaufdruck, woraus sich die Zweckmässigkeit des Rückschlagventils 5 24 ergibt.

Wie bei der Maschine nach den Fig. 10 bis 12 erlaubt die Einzelversorgung der Zylinder die Variation des Hub-

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raums des Motors I, die Anbringung unterschiedlich eingestellter Ventile an jeder Versorgung eröffnet weite Möglichkeiten für die Kombination von Drehzahl und Drehmoment; die Konstruktion erlaubt während des Betriebs eine automatische Anpassung der Drehzahl und des Drehmoments an die von der Maschine geforderten Leistungen«

Maschinen dieser Art haben sämtlich eine Reihe von Vorteilen aufzuweisen, darunter insbesondere:

sie lassen sich als Motoren, Pumpen oder Verdichter verwenden;

ihre Symmetrie bezüglich zwder rechtwinklig-diametraler Ebenen erlaubt Drehung in beiden Richtungen;

die Anlage ist kompakt und robust, man kann also leistungsfähige Maschinen mit grossem Hubraum bauen;

die auf die Kolben einwirkenden Kräfte stehen senkrecht auf durch die Drehachse der Maschine verlaufenden Ebenen, so daß die auf das Abtriebsorgan übertragenen Momente den Höchstwert erreichen;

wenn jede Ringnut mehrere gleichmässig verteilte Kolben enthält, erfolgt die Übertragung der zwischen den Kolben und dem umlaufenden Teil zugeführten Kräfte ohne störende Rückwirkung auf letzteres;

die Maschine läßt sich dynamisch und statisch vollkommen auswuchten;

da das zugeführte Flüssigkeitsvolumen proportional dem Drehwinkel ist, entstehen im Betrieb der Maschine weder

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Schwingungen noch Lärm;

das Leistungsgewicht ist günstig;

es werden nur sehr wenige verschiedene Einzelteile benötigt, so daß eine wirtschaftliche Herstellung möglich ist;

wegen der besonderen Konstruktion der Maschine lassen sich hohe Drehzahlen erreichen;

angesichts des grossen Hubraums dieser Maschinen können grosse Drehmomente erzeugt werden; jeder Kolben kann für sich gespeist werden, wodurch sich das Drehmoment nach Bedarf verändern läßt·

Ansprüche;

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Claims

Ansprüche

1.) Umlaufende Maschine für Druckflüssigkeit, als Pumpe, Verdichter oder Motor verwendbar, mit zwei koaxialen Organen, die sich zueinander um ihre gemeinsame Achse drehen können, wobei das eine Organ mindestens einen Kolben aufweist, der in mindestens einem Zylinder beweglich ist, der durch eine Ringnut in dem anderen, zu dem einen Organ koaxialen Organ gebildet wird und der in Arbeitsräume unterteilt ist durch bewegliche Trennwände, die in Nuten verschiebbar sind und von an dem ersten Organ vorgesehenen Führungen beeinflußt werden, wobei eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung für Flüssigkeit mit jeweils einer öffnung in Verbindung stehen, die auf der einen bzw, der anderen Seite des Kolbens befindlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden genannten umlaufenden Organe ringförmig sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der beiden Organe und zwar das Organ, in dem die Zylinder ausgebildet sind, im Innenbezach des anderen Organs untergebracht ist und daß die Flüssigkeitszutritts- und die -austrittsoffnung in dem innenliegenden Organ vorgesehen sind.

3, Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes koaxiales Organ im Innenbereich des innen-

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liegenden Organs vorgesehen ist, das sich ebenfalls relativ zu den beiden erstgenannten Organen dichtend gegenüber dem ihm benachbarten Organ drehen läßt, und daß das dritte Organ und das ihm benachbarte Organ so entworfen und ausgeführt ist, daß es die gleichen speziellen und relativen Eigenschaften hat wie die beiden erstgenannten Organe,

Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere der drei Organe, das als zylindrisches Rohr ausgeführt ist, bewegliche Trennwände an seinen beiden Zylinderflächen aufweist, während die zugeordneten Zylinderflächen des innenliegenden und des aussenliegenden Organs Kolben aufweisen.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das innenliegende und das aus senliegende Organ ineinander dichtend umlaufende Axialverlängerungen aufweisen, die über das mittlere Organ hinausragen und einerseits in ständiger Verbindung stehen mit der Zulaufleitung und der Ablaufleitung des Organs, dessen jeweilige Verlängerung sie bilden und andererseits infolge der relativen Drehung zwischen diesen beiden Organen über zusammenwirkende öffnungen der genannten Axialverlängerungen in Verbindung kommen mit der Zulaufleitung und der Auslaufleitung des anderen dieser Organe,

6, Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

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das innenliegende Organ und das aussenüiegende Organ feststehen und daß das eine mit Druckflüssigkeit versorgt wird und das andere eine Pumpe bildet,

7. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsaustrittsleitung des innenliegenden oder des aussenliegenden Organs mit der Zutritt sleitung des jeweils anderen Organs verbunden ist.

8, Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge von Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung für Druckflüssigkeit in dem oder den Zylindern des innenliegenden oder des aussenliegenden Organs in Richtung und Aufeinanderfolge mit der Anordnung von Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung für Flüssigkeit in dem oder den Zylindern des jeweils anderen der beiden Organe übereinstimmt.

9. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge von Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung für Druckflüssigkeit in dem oder den Zylindern des innenliegenden oder des aussenliegenden Organs in der Aufeinanderfolge der Anordnung von Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung für Flüssigkeit in dem oder den Zylindern des jeweils anderen der beiden Organe entgegengesetzt ist.

10. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Hubräume des innenliegenden und des aussenliegenden Organs übereinstimmen.

11. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubräume des innenliegenden und des aussenliegenden Organs sich voneinander unterscheiden.

12. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der beiden innen- und aussenliegenden Organe mehrere Zylinder sowie Mittel, um eine beliebig vorgegebene Zahl der Zylinder des in Betracht kommenden Organs an eine Quelle für Druckflüssigkeit anzuschliessen, aufweist.

13. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsleitungen vorgesehen^ind, die es gestatten, die Flüssigkeitseintrittsöffnungen des innenliegenden oder des aussenliegenden Organs mit den Flüssigkeitsaus tritt söffnungen des gleichen Organs zu verbinden.

Maschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Verbindungsleitungen mit Mitteln zum Steuern des Flüssigkeitsdurchsatzes durch diese Leitungen versehen sind.

15. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Flüssigkeitseintrittsöffnungen des innenliegenden und des aussenliegendeη Organs mit verstellbaren Ventilen ausgestattet sind.

Der Patentanwalt

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