DE286795C

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Publication number: DE286795C
Application number: DENDAT286795D
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

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KLASSE-I

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kapselwerke mit sichelförmigem Arbeitsraum und einer Mehrzahl von ungefähr radial in Schlitzen beweglichen Kolben.
Es ist bekannt, zur Abstützung der Zentrifugalkräfte der Kolben sogenannte Laufringe anzuwenden, das sind mitumlaufende Ringe oder Einsatzbüchsen, gegen ' welche sich die Kolben infolge der Zentrifugalkraft anlegen.

In der Regel· sind die Laufringe um die äußersten Punkte der Kolben gelegt, doch ist dies nicht unbedingt erforderlich. Der einseitige Druck des Arbeitsmittels *auf die Laufringe wird in der Regel dadurch aufgehoben, daß man ihn von der inneren Seite auf die äußere des Ringes in Entlastungskammern umleitet.

Wenn man die Wirksamkeit der Laufringe

in bezug, auf die Abstützung der Zentrifugal-

: kräfte rechnerisch untersucht, so findet man, daß diese Abstützung nicht vollkommen ist, sondern daß die eine Hälfte des Ringes stärker wie die andere belastet ist. Es soll hier zunächst an zwei einander gegenüberliegenden Kolben diese Ungleichheit der gegenseitigen Abstützung gezeigt werden; alle Reibungskräfte die bei der Kolbenbewegung auftreten, sind hierbei zunächst außer Betracht gelassen. :..'■'■ , /

In Fig. ι und 2 der Zeichnung .ist α die außerachsig gelagerte Kolbentrömniel; δ sind die Kolben, c das Gehäuse und e die Lauf-, ringe, welche hier um die Einschnitte der Kolben gelegt sind, deren innere Kante gerade auf der Halbierungslinie der Kolbcnbreite liegt ; es wird hierdurch für das Rechnungsbeispiel eine Einfachheit erreicht, indem der innere ' Durchmesser der^ Laufringe gleich dem mittleren Durchmesser der kreisähnlichen Kurve ist, welche die Schwerpunkte der Kolben beschreiben. ■

Der mittlere Halbmesser dieser Kurve sei R, und die Exzentrizität der Maschine, d. h. das Maß, um welches die Drehachse gegenüber der Gehäuseachse versetzt ist, sei s. Die konstante Winkelgeschwindigkeit sei w. Wir erhalten nun mit ziemlicher Genauigkeit, indem wir annehmen, daß die Masse jedes Kolbens in seinem Schwerpunkt vereinigt sei, für die Kolben B₁ und δ₂ folgende Zentrifugalkräfte C:

C₁ = M

Cz = M-

(R + s)² w* R

Es ist hierin noch M der Massenanteil eines Kolbens, der auf einen Laufring kommt.

Um die Wirkung auf den Laufring zu untersuchen, müssen wir uns diese Kräfte gleichmäßig verteilt auf das Stück des Lauf ringes denken, welches zwischen zwei Kolben liegt; Wir erhalten dann die Zentrifugalkraft auf die

Längeneinheit des Umfangcs. Die Abstände zweier Kolben auf dem Laufring sind für die Punkte ι und 2 verschieden; sie verhalten sich wie

folglich verhalten sich die Zentrifugalkräfte auf die Längeneinheit an den Punkten 1 und 2 wie:

M (R+ s)* w

2 ...2

R—s R +s

R + s R—s'

Diese Unterschiede nehmen ab, jemehr sich zwei gegenüberliegende. Kolben in der Figur der wagcrechten Lage nähern. Im ganzen ergibt sich eine nicht abgestützte Kraft, welche den Laufring von 2 nach 1 zu drängen sucht und sich meist in schädlicher Weise in einer Belastung der Gehäusewand äußert. Wenn

. sich die Kolben statt in radialen, in mehr schräg gestellten Schlitzen bewegen, so Hegt der Fall nicht wesentlich anders; es empfiehlt sich, wegen der Schwierigkeit der Rechnung, die ganze unausgeglichene Kraft durch eine, besondere Versuchseinrichtung auszuwägen.

Nach der vorliegenden Erfindung läßt man auf den Laufring eine Kraft von außen einwirken, welche der unausgeglichenen Innenkraft entgegengesetzt gerichtet ist. Es kann dies beispielsweise eine Gewichts- oder Federkraft sein, welche durch eine Rolle auf den

■ ■ sich drehenden Laufring übertragen wird. In der gezeichneten Ausführung wirkt auch schon das Eigengewicht des Laufringes und der Kolben der unausgeglichenen Kraft entgegen, doch ist dasselbe praktisch zu gering, um einen beträchtlichen Teil der Seitenkraft aufzuheben.

Es kommen nun auch noch die Reibungskräfte, welche an den Kolben bei ihrer Bewegung auftreten, in Betracht und ferner auch etwaige Druckunterschiede in denSchlitzräumcn hinter den Kolben gegenüber den Drücken in den zugehörigen Arbeitszellen. Alle diese Kräfte sind zwar gegenüber der unausgeglichenen Zentrifugalkraft nicht von großer Bedeutung, sie bewirken aber doch eine gewisse Veränderung der Größe und Richtung der unausgeglichenen Gesamtkraft und es ist zweckmäßig, sie nach Möglichkeit mit zu berücksichtigen.

Die Übertragung der Ausgleichskraft durch mechanische Hilfsmittel, wie Rollen, ist praktisch nicht mit einfachen Mitteln zu erreichen, es wird daher nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ein besonderes flüssiges oder gasförmiges Druckmittel auf ein in bekannter Weise durch Dichtungsleisten abgegrenztes Stück des Laufringes geleitet. Die Größe der Druckfläche und die 'Spannung des Druckmittels ergibt nun zwar für eine bestimmte _: Drehzahl einen vollkommenen Ausgleich, nicht aber für eine andere, da mit der Drehzahl die auszugleichende Kraft wächst. Aus die- , scm Grunde wird die Spannung des Druckmittels von der Drehzahl abhängig gemacht. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, , daß man diese Spannung durch eine Schleuderpumpe erzeugt, die mit dem Kapselwerk : in Verbindung steht und einen Druck erzeugt, welcher mit dem Quadrat der Drehzahl wächst. Da ein Druckmittel meist vorhanden ist, so wird man am besten das folgende einfache Regelverfahren anwenden: Die Spannung des Ausgleichsmittels wird durch ein Sicherheitsventil (Druck- ' minderventil) geregelt, dessen Belastung durch die Zentrifugalkraft eines umlaufenden Fliehgewichtes bewirkt wird; diese Kraft ändert sich ja auch mit dem Quadrat der Drehzahl und dies wird ja gerade gewünscht. Es kann das ganze Ventil mitumlaufen oder die Zentrifugalkraft kann auch ähnlich wie bei einem Regler durch ein Gestänge übertragen werden; ebenso können Zusatzbelastungen durch, ruhende Gewichte oder Federn stattfinden.

Solche Vorrichtungen, wie eben beschrieben, sind für kleinere Maschinen meist zu kost-' spielig, man begnügt sich hier mit einem konstanten Entlastungsdruck. Es hat sich nun gezeigt, daß bei den verschiedenen Anwendungsarten der Kapselwerke sich immer an einer Stelle der Maschine gleichbleibende Drücke direkt anzapfen lassen. Beispielsweise bei Benutzung als Kompressor steigt der Druck in ^; den Arbeitszellen, die sich von 1 nach 2 zu drehen immer in gleicher Art an, bis die Zellen den Punkt erreicht haben, wo der Ausschub beginnt. Man kann daher im feststehenden Teil der Maschine einen Kompressionszwischen-i druck anzapfen, der immer gleich ist, auch wenn der Kompressor auf verschiedenen End-, druck arbeitet, sofern sich nur die Anzapf-j stelle in jedem Falle vor dem Beginn des Aus-'; Schubes befindet. Demgemäß wählt man die bei ι liegende Entlastungskammer (s. Fig. 3) reichlich groß und zapft eine Zwischcnstellel im Kompressionsgebiet für den Entlastungs-\ druck an. Bei anderen Anwendungen, z. B. V10 bei Vakuumpumpen, ist der Kompressionsverlauf nicht immer gleich, weil der Ansaugedruck meist verschieden ist. Hier ist dagegen der Ausschubdruck fast immer gleich; man kann daher eine hinter 2 liegende Stelle in der Rückexpansion anzapfen und diesen Druck entweder in die bei 1 liegende oder in eine bei 2 liegende Entlastungskammer einführen. Im letzteren Falle hat man bei 2 außen auf dem Laufring einen geringeren Druck wie

innen, was wieder eine Kraft, von ι nach 2 gerichtet, ergibt. .

Bei der Art von Laufringen, wo die Entlastungskammern mitumlaufen (Patent 237451) bringt man gemäß Fig. 3 und 4 im feststehenden Teil eine Nut f an, welche jeweils die in ihrem Bereich befindlichen Kammern miteinander verbindet; in diese so verbundenen Kammern strömt das Druckmittel durch einen Kanal g ein.

In Fig. 5 ist der Entlastungsvorgang durch ein Schaubild dargestellt. Der Laufring e ist ausgestreckt von der Seite aus gesehen; die innere Seite des Ringes ist nach oben gekehrt.

Im Verlauf der bei 1 beginnenden Kompression wird bei der Stelle A angezapft und der dort herrschende Druck in die von B bis C reichende Entlastungskammer eingeführt. Auf dem übrigen Teil des Laufringumfanges erfolgt die Entlastung durch einfache Dnickumführung in bekannter Weise. Man ersieht aus der Verschiedenheit der Flächen auf der unteren und oberen Seite des Schaubildes, daß sich eine Kraft in der Richtung von 1 nach 2 ergibt, zum Ausgleich der von 2 nach 1 gerichteten unausgeglichenen Wirkung der Zentrifugalkräfte.

Claims

Paten t-An Sprüche:

i. Kapselwerk mit gegen die Zentrifugalkräfte durch Laufringe abgestützten Kolben, dadurch gekennzeichnet, ■ daß man neben dem Ausgleich der auf die Innenseite der Laufringe einwirkenden Druck- - kräfte des Arbeitsmittels noch eine Kraft (Gewichts-, Feder-, Flüssigkeits- oder Gasdruck) entgegen den nicht abgestützten Zentrifugalkräften auf die Laufringe einwirken läßt, gegebenenfalls unter Berücksichtigung der an den Kolben auftretenden Reibungskräfte, und Drücke auf die hohe Kante.
2. Kapselwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenfläche des Laufringes ein Stück in Gestalt einer Entlastungskammer abgegrenzt und in diese ein nach der Umlaufzahl des Kapselwerkes bemessener Druck eingeleitet wird, gegebenenfalls indem dieser Druck mit der Drehzahl und abhängig von ihr veränderlich gestaltet wird.
3. Kapselwerk nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des ■ in die besondere Entlastungskammer einzuführenden Druckmittels durch ein Sicherheitsventil geregelt wird, dessen Belastung durch die Zentrifugalkraft von Fliehgewichten erfolgt, welche in Abhängigkeit von der Drehung des Kapselwerkes umlaufen.
4. Kapselwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsdruck einer Stelle des Maschineninnern entnommen wird, wo das Arbeitsmittel einen bestimmten Grad der Kompression oder der Ausdehnung erreicht hat.
5. Kapselwerk nach Anspruch 1 mit einer Vielzahl von mitumlaufenden Entlastungkammern, dadurch gekennzeichnet, daß durch¹ eine im feststehenden Teil angebrachte Nut eine Reihe dieser Kammern in Verbindung gebracht und unter den eingeleiteten Ausgleichsdruck gesetzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.