DE235083C

DE235083C -

Info

Publication number: DE235083C
Application number: DENDAT235083D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 235083 KLASSE 14 b. GRUPPE

in BERLIN.

Maschinen mit umlaufenden, in der Kolbentrommel verschiebbaren, an Kurvenflächen des Gehäuses geführten Kolben ergeben im allgemeinen bei weitem keine gleichmäßige Bewegung des Treibmittels im Zuleitungsrohr bzw. des Fördergutes im Druckrohr. Eine derartige gleichmäßige Bewegung ist aber nicht nur in vielen Fällen notwendig, sondern ganz allgemein bei Maschinen für Flüssigkeiten schon

ίο zur Vermeidung von Druckschwankungen und den daraus sich ergebenden Schlägen wünschenswert.

Durch Verwendung mehrerer Kolben und Ausstattung der Kurvenflächen mit flachen Teilen derart, daß Förderräume von konstanter Weite auf eine mindestens der Kolbenteilung entsprechende Länge entstehen, und daß stets ein in einem solchen Raum von konstanter Weite sich bewegender Kolben arbeitet, kann man erreichen, daß ein stets gleichbleibendes Flüssigkeitsvolumen pro Einheit der Winkelbewegung durch die Umfangsbewegung verdrängt bzw. aufgenommen wird. Die Erfüllung dieser Bedingungen genügt aber allein noch nicht zur Erzielung einer völlig, gleichmäßigen effektiven Förderung bzw. Zuströmung, da auch noch die Kolbenstärke einen gewissen Einfluß ausübt. Während z. B. auf der Druckseite einer Pumpe der fördernde Kolben die im Förderraum enthaltene Flüssige keit ganz gleichmäßig vor sich herschiebt, wird der vor ihm liegende Kolben beim Durchlaufen der Kurvenfläche durch diese in die Trommel zurückgeschoben. Er wirkt dabei als Plungerkolben derart, daß er die nach außen geförderte Flüssigkeitsmenge seinem eigenen verschwindenden Volumen entsprechend vermindert. Ebenso wird auf der Saugseite das angesaugte Volumen infolge teilweiser Verdrängung durch den beim Durchlaufen der Kurvenfläche hervortretenden Kolben verkleinert. Geht diese Verkleinerung ganz gleichmäßig vor sich, d. h. ist die Kurvenfläche eine Schraubenfläche bei achsialer, eine archimedische Spirale bei radialer An-Ordnung der Kolben, und tritt ein Kolben im selben Augenblick in die Kurvenfläche ein, in welchem der vorhergehende sie verläßt, so ergibt sich eine völlig gleichmäßige effektive Förderung.

Eine völlige Gleichmäßigkeit kann also dadurch gesichert werden, daß man gemäß-Fig. 1 der Zeichnung bei vier achsial beweglichen Kolben 2^a, 2*, 2^C, 2^d den beiden flachen Teilen f, f der Kurvenfläche sowie den schrau- benförmigen Verbindungskurvenflächen k, k' eine Ausdehnung von je 90⁰ gibt. Dieses Verhältnis wird allerdings durch die Kolbenstärke etwas geändert; denn es kommt nicht so sehr darauf an, daß jeder der genannten Teile eine Ausdehnung von genau 90⁰ hat, als darauf, daß die Kolben an jedem dieser Teile durch 90⁰ der Drehbewegung geführt sind. Die Übergangskürvenflächen k, k' nehmen allerdings in dem dargestellten Beispiel genau einen Winkel von 90⁰ ein, da die Kolben mit Linienführung an ihnen gleiten, dagegen ist die Ausdehnung der tiefliegenden ebenen

Fläche f um die Kolbenstärke vergrößert und die der hochliegenden Fläche f um das gleiche Maß verkleinert.

Betrachtet man an Hand der Fig. i, die eine Abwicklung eines längs des Trommelumfangs geführten Schnittes darstellt, die Vorgänge beim Arbeiten der Maschine, so ergibt sich folgendes: Der Kolben i^a hat soeben die Kurvenfläche k durchlaufen, während der KoI-

to ben 2^b gerade mit der führenden linken Kante in sie eintritt und der Kolben 2^C die Kurvenfläche k' verlassen hat. Bis jetzt hat der Kolben 2^b die Förderung bewirkt. Von der gezeichneten Stellung ab hört seine fördernde Wirkung auf, weil er sich im nächsten Augenblick von der Dichtungsfläche f abhebt. Es übernimmt also der Kolben 2^C die Förderung. Während einer Drehbewegung um das Maß a bis in die punktierte Stellung verdrängt der Kolben 2° ein Volumen V. Dieses Volumen wird jedoch nicht voll durch den Kanal s nach außen gefördert, sondern ein Teil davon (v) wird durch den wie ein Plungerkolben wirkenden Kolben z^b, der durch die Kurvenfläche k um ein Stück zurückgeschoben wird, abgesaugt, so daß die effektive Fördermenge Ve nur einem Volumen V—υ entspricht.

Bei einer ferneren Drehung um das gleiche Stück α bis in die strichpunktierte Stellung verdrängt der Kolben 2^C wiederum ein- Volumen V, während der Schieber 2^b wiederum ein gleiches Volumen υ absaugt, so daß wiederum die effektive Förderung Ve -= V — ν wird. Diese Gleichung gilt für jede Drehbewegung von der Größe a. Sie gilt auch für eine Strecke a, auf welcher der eine Kolben 2^b die Kurvenfläche verläßt und der andere (2^C) in diese eintritt, weil dieser Einbzw. Austritt genau gleichzeitig erfolgt und

^o somit die beiden Schieber zusammen wiederum ein Volumen ν absaugen. Sie gilt auch auf der Saugseite für die Kurve k' bezüglich der effektiven angesaugten Flüssigkeitsmenge.

Es ergibt sich sonach für die Verhältnisse

*5. der Fig. 1 eine völlig gleichmäßige effektive Förderung.

Diese für die Vergleichmäßigung der Förderung theoretisch richtige Ausbildung erweist sich aber, zumal bei schnellaufenden Maschinen, deshalb als unbrauchbar, weil beim plötzlichen Übergang in die Kurven große Beschleunigungsdrucke zwischen Kurven und Schiebern entstehen, während die Anordnung von Übergangsbögen zur allmählichen Überführung in die Schraubenfläche sofort wieder die Gleichmäßigkeit der Förderung stört.

Gemäß vorliegender Erfindung wird nun eine völlig gleichmäßige Förderung bei günstigen Beschleunigungsverhältnissen dadurch er- reicht, daß die Kurvenflächen nicht einen der Teilung entsprechenden Winkel einnehmen, sondern sich über einen größeren Winkel erstrecken. Sie setzen sich aus zwei in der Regel gleich langen, entgegengesetzt gekrümmten Kurvenstücken, gegebenenfalls mit zwischengeschalteter, schraubenförmig bzw. nach der archimedischen Spirale geformter Strecke Zusammen, derart, daß jedes Kurvenstück zusammen mit dem schraubenförmigen bzw. spiralförmigen Übergangsstück einen der Kolbenteilung entsprechenden Bogen einnimmt, so daß, wenn ein Kolben am Anfangspunkt des einen Kurvenstückes steht, ein benachbarter Schieber das andere Kurvenstück im Anfangspunkt (nach der Drehrichtung) berührt. Die beiden Kurvenstücke sind dabei derart gestaltet, daß sie den Kolben pro Winkeleinheit der Drehung achsiale bzw. radiale Verschiebungen erteilen, die sich stets zu der gleichen Summe ergänzen, nämlich zu der Verschiebung eines einzelnen Kolbens bei . gleichem Zentriwinkel im Übergangspunkt der beiden Kurvenstücke bzw. auf der eingeschobenen schrauben- bzw. spiralförmigen Strecke.

Die Zeichnung veranschaulicht als Ausführungsbeispiel eine als Flüssigkeitspumpe gedachte Maschine mit achsial beweglichen Schiebern, und zwar sind:

Fig. 2 ein * Längsschnitt,

Fig. 3 ein Querschnitt nach der Linie Y-Y der Fig. 2,

Fig. 4 eine Abwickelung eines längs des Trommelumfanges geführten Schnittes.

Die Ausführung für Maschinen mit radial beweglichen Schiebern läßt sich hieraus un~ schwer ableiten.

Die Pumpe nach Fig. 2 bis 4 besitzt sechs Kolben 2 (a bis f) in einer Trommel 1, die sich in Richtung des Pfeiles χ bewegen möge. Die beiden im wesentlichen parallelen Kurvenflächen 3 und 3', zwischen denen die Kolben 2 (a bis f) geführt sind, besitzen ebene Teile DE, H A bzw. D' E', H' A' (Fig. 4) und dazwischen die Kurven ABCD₁EFGH bzw. A' B' C D', E'F' G H'. Die Stücke BC₁FG und B' C, F' G' sind Schraubenflächen, d. h. in der Abwickelung gerade Linien, also jede für sich eine Kurve gleichmäßiger Förderung, weil bei gleichen Wegen sich gleiche Achsialverschiebungen ergeben. Die sich daran anschließenden Übergangskurven AB, CD usw. sind von solcher Länge, daß A B + B C = BC + CD = EF + FGr= FG+ GH = usw. ■= t (Kolbenteilung) ist. Wenn also ein Kolben, z. B. 2^e, mit seiner Führungskante im Anfangspunkt A des Kurvenstückes A B steht, so befindet sich der Kolben 2^d mit seiner Führungskante im Anfangspunkt C des Kurvenstückes C D. Die Achsialbewegung des Kolbens 2^e ist im Punkte A noch Null, die des Kolbens 2^d im Punkte C noch ein Maximum entsprechend der Neigung der

Geraden B C. Die beiden betrachteten Kolben durchlaufen gleichzeitig die Kurvenflächen A B bzw. C D und erreichen gleichzeitig deren Endpunkte, in denen die Achsialbewegung von 2^e das Maxium erreicht hat und die von 2^d auf Null gesunken ist. Überhaupt sind die Kurvenflächen A B und C D so geformt, daß die sie gleichzeitig durchlaufenden Kolben stets gleichzeitig in Stellen der Kurvenflächen

ίο stehen, in denen ihre achsialen Bewegungen sich zu dem genannten Maximum ergänzen. Die Form der Kurvenflächen läßt sich auf Grund dieser Bestimmung einfach festlegen, indem man die eine Kurvenfläche, z. B. AB, annimmt und die andere entsprechend graphisch ermittelt. In der Abwickelung gemäß Fig. 4 sind die Kurvenflächen Zylindermantelstücke mit gleichen Radien aus den Punkten M und N für die Kurvenflächen A B, C D und aus M' und N' für die Kurven A¹B', CD'.

Durch die Gesamtlänge L einer Kurvenfläche, ζ. B. ABCD, und die Kolbenteilung t sind die Längen der Zylindermantelstücke A B und C D sowie des geraden Teiles B C durch die Gleichungen AB +BC = BC + CD = t und AB + BC + C D = L bestimmt. Für L = 2 t z. B. würde B C = .0 werden. Das gleiche gilt entsprechend für die anderen Kurvenflächen. Die Länge L wiederum kann mit der Beschränkung willkürlich angenommen werden, daß der Abstand zwischen dem Druckkanal 5 bzw. 5' und dem Saugkanal 6 bzw. 6' gleich der Teilung t sein muß, und daß aus praktischen Gründen die ebenen Strecken zwischen den Kanälen zweckmäßig an den Kurvenflächengipfeln etwas größer als t gemacht werden, während sie in den Kurvenflächentälern (bei flachen Kolbenenden) noch um die doppelte Kolbenstärke weiter vergrößert werden müssen. Mit Rücksicht auf die Kolbenstärke ist überhaupt, wie aus der Zeichnung ersichtlich, eine gegenseitige Versetzung der beiderseitigen Kurvenflächen erforderlich.

In der Zeichnung sind der Einfachheit halber Kolben mit rechtwinkligen flachen End-

flächen angenommen. Man kann gegebenenfalls auch die scharfen Kanten mehr oder weniger abschrägen oder abrunden oder die Endflächen überhaupt rund gestalten. In beiden Fällen wird dadurch die Form der Kurvenflächen etwas beeinflußt, doch ist in jedem Falle die Kurvenflächenform leicht zu bestimmen.

Im übrigen kann man die Anordnung der Maschine auch umkehren, indem man z. B. bei feststehender Trommel die Kurvenfiächen umlaufen läßt.

Selbstverständlich ist die Erfindung bei mit flüssigem Treibmittel betriebenen Kraftmaschinen ebenso wichtig wie bei Flüssigkeitspumpen, da auch bei ungleichmäßiger Entnahme des Druckmittels durch' die Kraftmaschinen aus der Zuleitung Druckschwankungen und Schläge auftreten.

Weitergehend kommt aber der Erfindung auch bei Maschinen mit gas- oder dampfförmigem Treibmittel bzw. Fördergut eine gewisse Bedeutung zu.

Claims

Patent-An sprüche:

1. Maschine mit umlaufenden, in der Kolben trommel verschiebbaren, an Kurvenflächen des Gehäuses geführten Kolben, gekennzeichnet durch Führungskurven von solcher Gestaltung, daß die Gesamtverschiebung aller Kolben in einem Arbeitsraum für gleiche Teildrehungen konstant ist.

2. Ausführungsform der Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kurvenfläche zwei entgegengesetzt gekrümmte Kurvenstücke (z. B. A B, C D) besitzt, die im Vergleich zur Kolbenteilung derart bemessen sind, daß zwei aufeinanderfolgende Kolben (z. B. 2^d, 2°) gleichzeitig je in eins der Kurvenstücke ein- und, aus ihm austreten, wobei die Kurvenstücke derart geformt sind, daß die von ihnen den beiden Kolben erteilten Bewegungen sich pro Einheit der Drehung stets zur gleichen Summe ergänzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.