DE29523C - Kapselwerk-Wassermesser - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 42: Instrumente.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 17. Juni 1884 ab.

. Der Mechanismus dieses Kapselwerk-Wassermessers läfst sich aus der bei Dampfmaschinen benutzten rotirenden Schubkurbel herleiten. Ein als Hohlcylinder ausgebildeter Kolben schwingt hierbei excentrisch um die centrale Achse einer Kapsel und ist mit dieser Kapsel durch einen radialen Steg gepaart, welcher gleichzeitig die Scheidewand zwischen dem Wasser-Einlauf und -Austritt bildet.

Neben einer grofsen Genauigkeit der Messung soll durch specielle Einrichtungen auch eine^x möglichst gleichmäfsige Bewegung des Kolbens erzielt und der Widerstand, welchen letzterer dem Wasserdurchflufs bietet, auf ein Minimum reducirt werden. Es ist deshalb das innere Ende des Kapselsteges zu einem nicht ganz geschlossenen cylin drisch en, mit der Kapsel conaxialen Hohlkörper erweitert, um an der Innenwand des Kolbens in jeder Stellung desselben einen stetigen, dichten Abschlufs zu erzielen. Dadurch wird auch das Kolbeninnere in zwei Abtheilungen getheilt, so dafs neben dem Druck, welchen die zuströmende Flüssigkeit auf die äufsere Fläche des Kolbens ausübt, auch die innere Fläche desselben in entsprechendem Sinne zur Bewegung des Kolbens dienstbar gemacht wird. Der Kolben selbst wird bei seiner excentrischen Schwingung durch den Steg derart geführt, dafs er in jeder Stellung den Kapselraum in zwei Abtheilungen trennt, eine für die zuströmende, eine für die austretende Flüssigkeit. Zur Sicherung eines stetigen Abschlusses zwischen Kolben und Kapsel ist letztere in der Mittelachse mit einem oder zwei cylindrischen Zapfen versehen, an welchen die Mittelachse des Kolbens einnehmende, mittelst eines Armes an dessen innerer Wand befestigte Zapfen sich führen.

Der erweiterte Kopftheil des Steges kann eine cylindrische oder auch jede andere geeignete Querschnittsform haben, wofern nur die innere Wandung des Kolbens alsdann nach den entsprechenden Formen gestaltet wird, so dafs der dichte Abschlufs zwischen Kolben und Kopf des Steges gesichert bleibt. Ebenso kann auch die stete Berührung der äufseren Fläche des Kolbens mit der inneren Wandung der Kapsel durch die verschiedensten geeigneten Begrenzungen entsprechenden Formgebungen erzielt werden. Zwischen dem Kolben und radialen Stegtheil soll ebenfalls stets ein möglichst dichter Abschlufs bestehen.

Auf beiliegenden Zeichnungen stellen die Fig. ι und 2 einen derartigen Wassermesser von einfacher Form in Schnitten nach z-z und x-x dar; Fig. S ist ein Verticalschnitt durch den Kolben, Fig. 6 ein Verticalschnitt nachj/-_y, Fig. 2, die Lage der Ein- und Ausströmungskanäle veranschaulichend; Fig. 3, 4, 7 und 8 sind Modificationen des Wassermessers, und zwar ist Fig. 7 ein Schnitt nach x-x, Fig. 8; Fig. 8 ein Schnitt nach y-y, Fig. 7.

Die Kapsel A erhält am geeignetsten einen runden, cylindrischen Querschnitt und ist mit einer seitlichen Kammer versehen, welche die Zu- und Abflufskanäle J und O enthält, die durch entsprechende seitliche Erweiterungen und die in den Seitenwänden der Kapsel angebrachten Ein- und AusströmungsöfFnungen_/ ^x J^ und O¹ O², Fig. 6, mit dem Innern der Kapsel communiciren. Die Zu- und Abflufskanäle werden durch den Steg A^x geschieden, welcher

zwischen den beiden gegenüberliegenden Kopfwänden der Kapsel und der Kammer eingeschaltet ist. Derselbe reicht bis in das Innere des entsprechend geschlitzten Ringkolbens B hinein und ist hier zu einem nicht ganz geschlossenen Hohlcylinder A² erweitert. Der ringförmige, ebenfalls einen Hohlcylinder bildende Kolben B ist mit Bezug auf den inneren Kapselraum und den Umfang des Stegkopfes so bemessen, dafs derselbe bei seiner excentrischen Oscillation einerseits durch stetigen Contact mit der inneren Wandung der Kapsel den Hohlraum derselben ununterbrochen in zwei Abtheilungen theilt (eine für Zuflufs, die andere für Abflufs) und andererseits das Innere des Kolbens selbst zu gleichem Zweck durch entsprechenden Anschlufs der inneren Wandung des Kolbens an die äufsere Fläche der Stegerweiterung A² ebenfalls stetig in zwei derartige Räume geschieden wird.

Die Kanten / des Schlitzes, mittelst dessen der Kolben sich an dem Steg A¹ führt, sind wegen der verschiedenen Lagen, welche der Kolben bei seiner Oscillation gegen den Steg einnimmt und behufs Verminderung der Reibung in geeigneter Weise abgerundet. Wie bereits oben erwähnt wurde, bildet die Stegerweiterung A ² einen nicht ganz geschlossenen Cylinder. Damit nun trotz dieser Lücke der dichte Anschlufs an die innere Fläche des Kolbens doch ein stetiger bleibe, sind die Kanten an der Lücke des Stegkopfes, wie Fig. 2 zeigt, verstärkt und abgerundet, und ist die innere Wandung des Kolbens entsprechend geformt, so dafs der dichte Contact bei der Bewegung des Kolbens von der einen Kante A^% momentan zur anderen Kante A^z überspringt.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Modification sind aufser den verstärkten Kanten an der Lücke auch statt des übrigen runden Theiles des Stegkopfes ähnliche Wulste A^ angeordnet, welche einfach durch gerade oder anders geformte Stege mit einander verbunden sind. Den Wulsten A¹ entspricht die Innenwandung des Kolbens an den einzelnen Theilen a¹.

In gleicher Weise wird auch bei der in Fig. 4 dargestellten Modification der stetige dichte Abschlufs zwischen Kapsel A und Kolben B durch ähnliche an der Kapselwandung angebrachte Wulste <2⁴ und eine entsprechende Formgebung der äufseren Wandung des Kolbens B erzielt.

Zur Sicherung der excentrischen Bewegung des Kolbens ist derselbe in seiner Mittelachse mit einem oder mehreren Zapfen F¹ F² versehen, welche sich bei der Oscillation des Kolbens an entsprechenden, in der Mittelachse der Kapsel befestigten Zapfen W H² führen. Die Zapfen F¹ F² werden von einem an der Innenwand des Kolbens sitzenden Arm F getragen, welcher so angeordnet ist, dafs er bei der Oscillation des Kolbens innerhalb der Lücke des Stegkopfes A² hin- und herschwingt. ■.'.·■>■

Bei den in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellten Formen, reicht diese Lücke im Stegkopf durch die ganze Tiefe der Kapsel; in Fig. 8 ist in dem Stegkopf dagegen nur ein so grofser Schlitz h angebracht, als für die freie Bewegung des Armes F gerade erforderlich ist; die Tiefe des Schlitzes h entspricht genau der Dicke des Armes F, Fig. 7, welcher sich mit seiner einen Seite aufserdem noch an die entsprechend gerundete Kante a³ des Schlitzes h, Fig. 8, dicht anlegt, so dafs hierdurch der Kolben in präciser Weise geführt wird. ■

Statt der oben angegebenen Zapfen kann behufs Herbeiführung der gezwungenen excentrischen Oscillation des Kolbens auch direct eine die Mittelachse des Kolbens mit der Mittelachse der Kapsel verbindende Kurbel angewendet werden.

Wie Fig. ι zeigt, ist in dem FührungscylinderiJ¹ eine Welle 1 gelagert, welche im Innern der Kapsel einen Kurbelarm 2 trägt, der durch den Zapfen F¹ bei dessen Rundgang mitgenommen wird, so dafs hierdurch der mit dem Zahnrad a in Eingriff stehende Trieb b in Rotation versetzt wird. Von der Welle d des Zahnrades α wird dann irgend ein geeignetes Registrirwerk in Thätigkeit gesetzt, welches die Anzahl der Kolbenumgänge angiebt. Der Apparat functionirt nun in folgender Weise:

Wenn der Kolben, wie in Fig. 2 dargestellt, sich in der einen oberen Todtpunktlage befindet, so tritt das bei J zuströmende Wasser durch die Oeffhungen _/"' und J² in den auf der einen Seite des Kolbens B zwischen letzterem und der Kapselwandung befindlichen sichelförmigen Raum und drückt den Kolben somit nach der durch den Pfeil n¹ angedeuteten Richtung, wodurch das auf der Kolbenseite befindliche Wasser durch die Oeffnungen O¹ O² in die Abflufskammer O verdrängt wird. Um jeder Saugwirkung auf das in - die Kapsel eintretende Wasser vorzubeugen und dadurch jeden aus einer solchen Saugwirkung in Bezug auf die Bewegung des Kolbens resultirenden Widerstand von vorn herein zu verhindern, sind zu beiden Seiten des Steges A¹ Schlitze XX¹ angeordnet, welche die Zu- und Abflufskammern direct mit dem Innern der Kapsel verbinden.

Während der Bewegung des Kolbens schreitet der Berührungspunkt seiner Oberfläche mit der Kapselwandung von a² an der oberen Kapselhälfte entlang, und zwar liegt die Contactstelle stets in der Verlängerung der durch die Mittelachsen von Kolben und Kapsel gehenden Verbindungslinie. Gleichzeitig wälzt sich die innere Wandung des Kolbens auf dem Stegkopf A² ab. Lag die Berührungsstelle ursprünglich bei g, so schreitet dieselbe, so lange sie sich auf dem

runden, cylindrischen Theil des Stegkopfes befindet, derart fort, dafs die oben genannte, durch den Contact zwischen Kapsel und Kolben und die Mittelachsen der beiden letzteren gehende Gerade auch genau auf die Berilhrungsstelle an der Innenwandung des Kolbens trifft. Alsdann verweilt die Contactstelle einige Zeit an dem ersten Wulst A³ und springt nun, sobald die erwähnte ideelle Linie die Mittellage zwischen den beiden Wulsten A³ erreicht, momentan auf den zweiten Wulst A³ über, von welchem aus sie schliefslich auf dem oberen gröfseren Bogentheil des Stegkopfes wieder bis nach g gelangt. Es ist ersichtlich, dafs der Contact zwischen Kolben und Kapsel sich demnach bei a* befinden mufs, wenn der innere Contact zwischen Kolben und Stegkopf bei g' liegt (untere Todtpünktlage), und dafs dann die äufsere Berührungsstelle bei a* auf die andere Kapselhälfte überspringt und nun auf dieser weiter bis β² fortschreitet. Der Kolben wälzt sich also mit seiner äufseren Fläche ununterbrochen auf der inneren Wandung der Kapsel und gleichzeitig mit seiner eigenen inneren Wandung auf dem Stegkopf ab, und es wird somit ununterbrochen sowohl der Raum zwischen Kapsel und Kolben, als auch das Innere des Kolbens selbst in zwei in ihrer Gröfse periodisch zu- bezw. abnehmende 'Räume getheilt. Nur in den beiden Todtpunktlagen wird abwechselnd bald der eine Raum im Kolbeninnern (oberer Todtpunkt), bald der eine Raum zwischen Kapsel und Kolben (unterer Todtpunkt) zu Null.

Bei der wälzenden Bewegung des Kolbens rotirt lediglich die Mittelachse desselben in vollem Kreise um die Kapselachse herum; alle übrigen Kolbentheile beschreiben wegen der geradlinigen Führung des Kolbens am Steg A¹ in Bezug auf die Kapsel zusammengesetzte Cnrven, die aber symmetrisch zum Steg A¹ sind.

Es war oben angenommen worden, dafs der Kolben B sich aus der oberen Todtpunktlage in der Richtung des Pfeiles »' bewege, sich also auf dem Uebergang in die durch Punktur angedeutete Lage befinde. Bei dieser Bewegung schreitet die innere Contactstelle von g bis A³ fort, und es entsteht somit zwischen diesem Stegtheil und dem Kolben ein Raum, welcher allmälig mit den Schlitzen _/' und J² in Communication tritt, so dafs nunmehr das zuströmende Wasser zum Theil in das Kolbenintiere eintritt. Wie aus der Betrachtung der Figur hervorgeht, wirkt dasselbe auf die Bewegung des Kolbens in gleichem Sinne wie das äufsere Wasser ein. Es mufs bemerkt werden, dafs in demselben Augenblick, wo der vorerwähnte Raum mit den Schlitzen J¹ und J² in Communication tritt, der complementäre Innenraum des Kolbens auf der gegenüberliegenden Seite des Steges mit den Abflufsöffnungen O¹ und O² in Verbindung kommt, so dafs das beim vorigen Kolbenumgang in das Innere eingeströmte Wasser frei austreten kann.

Je weiter sich nun der Kolben in der angedeuteten Richtung herumwälzt, desto gröfser wird der Raum für das zuströmende Wasser zwischen Kapsel und Kolben. Ebenso vergröfsert sich auch der Raum für das zuströmende Wasser im Kolbeninnern, da die Contactstelle, durch welche der Kolbenraum in zwei Abtheilungen getrennt wird, bald von dem ersten Wulst A³ auf die zweite Kante A^% überspringt. Dagegen verkleinert sich in , entsprechendem Mafse der mit den Abflufskanälen O¹ und O² communicirende complementäre Raum des Kolbeninnern, d. h. es wird immer mehr und mehr Wasser aus demselben verdrängt.

Der Kolben B gleitet inzwischen mittelst der abgerundeten Kante/allmälig an dem Steg A¹ von g bis d* herab. Sobald er letztere (untere Todtpunkt-) Lage erreicht, befindet sich der ganze jetzt einheitliche Raum zwischen Kapsel und Kolben voll frisch zugeströmten Wassers. Die Schneidestelle zwischen den beiden Abtheilungen des Kolbeninnern befindet sich in diesem Augenblick bei g¹. Beide Abtheilungen sind also in dieser Kolbenlage gleich grofs, der Raum innerhalb des Stegkopfcylinders kommt nicht in Betracht, da das Wasser in demselben ununterbrochen stehen bleibt. Die Zuflufskammern J sowohl, wie die Abflufskammern O stehen bei dieser Kolbenlage nur mit den beiden Abtheilungen des Kolbeninnern in entsprechender Verbindung. Das Wasser strömt also in diesem Augenblick nur in das Kolbeninnere ein. Sobald der Kolben hierdurch weitergewälzt wird, wobei die Contactstelle zwischen Kapsel und Kolben auf die untere Kapselhälfte überspringt, drängt der Kolben das Wasser vor sich her und bewirkt ein Ausströmen derselben durch die Kanäle X¹ O¹ und O'\ welche letzteren beiden ebenfalls bald wieder mit dem Raum zwischen Kapsel und Kolben in Communication treten, da letzterer bei seiner Bewegung nunmehr an dem Steg A' allmälig von a* wieder nach g zurückgleitet. Hierdurch entsteht auch zwischen der Kapsel und dem Kolben bei dem Kanal H wieder ein Raum, welcher sich bei der Weiterbewegung des Kolbens immer mehr vergröfsert, so dafs das frische Wasser aufser durch X auch durch die Oeffnungen J¹ und J² in denselben einströmen kann.

Während sich nun der Kolben in der unteren Kapselhälfte von a* bis a² abwälzt, schreitet der Contact zwischen der Innenwandung des Kolbens und der Stegerweiterung A² auf deren oberem Theil von g¹ bis g fort, d. h. der mit den Ausflufskanälen communicirende Raum des Kolbeninnern wird allmälig bis auf Null reducirt, also sämmtliches darin enthalten ge-

wesene Wasser daraus verdrängt. Demnach bildet in der oberen Todtpunktlage das Kolbeninnere einen einheitlichen Raum, welcher vollständig mit frischem Wasser angefüllt ist, während der Raum zwischen Kolben und Kapsel in dieser Lage des Kolbens durch letzteren in zwei gleiche Hälften getrennt wird, von denen die eine noch Wasser aus dem vorigen Kolbeninngang enthält, während die zweite Hälfte bereits wieder mit frischem Wasser gefüllt ist. Die Zu- und Abflufskanäle communiciren bei dieser Stellung des Kolbens nur mit den beiden letztgenannten Räumen zwischen Kapsel und Kolben.

Wie bereits oben erläutert wurde, rotirt die Mittelachse des Kolbens bei jedem Umgang desselben einmal um die Mittelachse der Kapsel herum. Benutzt man diese Rotation in geeigneter Weise zum Betrieb eines Registrirwerkes, so kann man also aus der Anzahl der Kolbenumgänge und dem verfügbaren Kapselvolumen das Wasserquantum berechnen, welches in einem bestimmten Zeitraum durch den Apparat hindurchgeflossen ist.

Das Kapselwerk kann natürlich auch als Pumpe oder Motor benutzt werden.

Claims (2)

Patent-A nsprüche:

1. Ein aus der rotirenden Schubkurbel abgeleiteter Kapselwerk-Wassermesser (bezw. Pumpe oder Motor), dessen Kapsel A mit einem den Einlaufy und Austritt O trennenden Stege A¹ versehen ist, dessen Kopf zu einem nicht ganz geschlossenen Hohlkörper^² erweitert ist, in welchen der Kolben mit einem Arm F hineinreicht, zu dem Zwecke, um mittelst dieses Armes F eine Führung bezw. Controlirung der Bewegung mittelst Zapfen oder Kurbeln herbeizuführen.

2. Die Anordnung der am Arm F sitzenden Zapfen F' und der an der Kapsel befestigten Führungsstifte H¹ H² zur Sicherung der Contacte zwischen der Aufsenfläche des Kolbens und der Kapsel einerseits und Innenwandung des Kolbens und der Stegerweiterung andererseits.

Die Anordnung von Kantenwulsten A³ in Verbindung mit der entsprechend geformten Innenwandung des Kolbens B, zu dem Zwecke, um trotz der Lücke im Stegkopf A"¹ doch eine stetige Berührung zwischen letzterem und der Innenwandung des Kolbens zu erzielen und dadurch auch das Kolbeninnere in zwei complementäre Räume zu theilen, von denen der eine frisches Wasser aufnimmt, während gleichzeitig aus dem anderen das beim vorigen Umgang eingeströmte Wasser verdrängt wird.
Die Anordnung von Wulsten «⁴ an der Innenwandung der Kapsel in Verbindung mit der entsprechend geformten Aufsenwandung des Kolbens.
Bei Kapselwerk-Wassermessern bezw. Pumpen oder Motoren mit excentrisch um die Mittelachse der Kapsel schwingendem Kolben die Anordnung' der mit Vorkammern ausgestatteten Wasser-Einlauf- und. -Austrittsbehälter J und O, welche durch Oeffnungen _/' J² und O^x O² in den beiden Seitenwandungen der Kapsel bei dem Umgange des Kolbens B sowohl mit dem zwischen diesem und der Kapsel befindlichen Raum, als auch mit dem Kolbehinnern communiciren, sowie die Anordnung der Schlitze X und X\ durch welche die Hauptkammern J und O direct mit dem Kapselinnern in Verbindung stehen, um dadurch jeder zufälligen Saugwirkung, durch welche leicht eine nachtheilige Reaction auf den Kolben ausgeübt würde, vorzubeugen.

Die am Arme F sitzenden Zapfen F¹ bezw. F², welche sich an den an der Kapsel befestigten Stiften H¹ bezw. H² führen oder mit denselben durch eine Kurbel verbunden sind und zur Uebertragnng der Drehung des Kolbens auf das Registrirwerk u. s. w. oder aber zur Drehung des Kolbens selbst dienen, wenn das Kapselwerk als Pumpe benutzt wird.

Hierzu I Blatt Zeichnungen.