DE29681C - Antriebsvorrichtungen für Kurbel-Kapselwerke mit Kolben verschiedener Winkelgeschwindigkeit - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE

Patentirt im Deutschen Reiche vom 27. April 1884 ab.

Das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende, beliebig als Pumpe, Mefsapparat oder Motor zu benutzende Kapselwerk kennzeichnet sich analogen Constructionen gegenüber dadurch, dafs die beiden zusammenarbeitenden, rotirenden, Kolben aus mehreren Flügeln bestehen, von welchen je einer des einen Kolbens mit einem entsprechenden des anderen zusammenwirkt. Bei einmaliger Umdrehung der Treibachse wird jeder Kolben periodisch abwechselnd schneller vorwärts gedreht, während der andere Kolben sich während dieser schnelleren Bewegung langsamer bewegt. Dadurch finden dann Verengungen bezw. Erweiterungen der Räume zwischen den einzelnen Flügeln der Kolben statt, so dafs an so viel Stellen der Kapseln, als Flügel vorhanden sind, wenn der Apparat z. B. als Pumpe wirkt, Flüssigkeit ausgestofsen bezw. eingesaugt wird, was die Leistungsfähigkeit des Apparates derjenigen anderer Apparate gegenüber erhöht.·

Bei dem in Fig. 1 in Seitenansicht und in Fig. 2 im Querschnitt dargestellten Kapselwerke sind als Beispiel Kolben u und ν mit vier Flügeln gewählt, indessen kann die Anzahl der Flügel auch eine andere sein. Fig. 3 zeigt den einen Kolben u im Detail, der andere Kolben ν ist diesem Kolben völlig gleich, und die einzelnen Flügel der beiden Kolben u und ν greifen, wie Fig. 2 zeigt, in einander. Die Flügel beider Kolben bewegen sich dicht an der inneren Wandung der Kapsel und sind auf der einen Seite mit einer Scheibe u¹ verbunden, die indessen auch fortfallen kann. Die beiden Kolben bewegen sich während ihrer Drehung abwechselnd schneller und langsamer. Während beispielsweise der in Fig. 2 durch Schraffur markirte vierflügelige Kolben u, Fig. 2 und 3, in der gezeichneten Lage nur ganz langsam sich dreht, rücken die vier Flügel des anderen Kolbens ν nach der Pfeilrichtung, Fig. 2, schneller vor. Dient in diesem Falle das Kapselwerk z. B. als Wasserpumpe, so strömt durch die vier Einlafsöffnungen <?', Fig. 1 und 2, welche eine Verbindung mit dem die Kapsel d ringförmig umgebenden Einlafskanale d¹, Fig. 1, herstellen, Wasser nach der Pfeilrichtung in die vier Kammern I ein, während das zuvor angesaugte Wasser aus den Kammern II, deren Inhalt durch schnellere Drehung von ν jetzt verkleinert wird, durch die Austrittsöfmungen o, Fig. iund2, in den neben Kanal d² angeordneten Ringkanal d^x fortgeschafft wird. Diese Kanäle d' und d² sind mit Anschlufsstutzen d³ dⁱ, Fig. 1, für die Saug- und Druckrohre versehen. Haben die Flügel des Kolbens ν diejenigen des Kolbens u eingeholt, so bewegt sich der letztere schneller, während der Kolben ν zurückbleibt, die vorhin gefüllten Kammern I sich entleeren und die entleerten Kammern II wieder gefüllt werden. Hierbei rücken aber beide Kolben stets so viel vor, dafs für die betreifenden Kammern I und II stets die folgenden Oeffnungen 0 o^x das Wasser aus- bezw. einlassen. Diese Oeffnungen ο ο' sind, wie Fig. 1 zeigt, etwas gegen einander versetzt. Die beschriebene, abwechselnde, schnellere und langsamere Bewegung der Kolben während ihrer Drehung bewirkt demnach eine continuirliche Ansaugung und Fortschaffung des Wassers bei continuir-Iieher Drehung der Betriebswelle a². Diese Welle ist in den festen Lagern α drehbar, und

jedes Ende der Welle kann mit einer Riemscheibe a¹ versehen sein, mittelst welcher sich eine Drehung auf die Welle übertragen läfst.

Von dieser con tinuirlichen Drehung der Welle«² wird die geschilderte, periodisch langsamere und schnellere Drehung der Flügelkolben u und υ mittelst Umlaufgetriebe abgeleitet, welche auf jeder Seite der Kapsel d oder auch nur auf einer Seite derselben angeordnet sind. In Fig. ι sind an den Lagern ä die Zahnräder b mit innerer Verzahnung befestigt, in welcher die Zahnräder ^¹ rollen, welche an den mit der Welle a² verbundenen Kurbeln b² gelagert und mit Kurbeln c oder Excentern verbunden sind, deren Stangen c^l an Kurbeln c² angreifen, welche in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise auf den Hohlnaben u' bezw. v¹ der rotirenden Flügelkolben u und ν befestigt sind. Das Zahnrad b¹ links befindet sich in der höchsten Stellung, Fig. 6, wenn das entsprechende Zahnrad b¹ rechts, Fig. 7, seine tiefste Stellung einnimmt. Wenn von der AVelle a² die Kurbel b², Fig. 6, in der Richtung des Pfeiles nach rechts gedreht wird, so dreht sich die in der Kurbel P gelagerte Achse des Zahnrades b\ indem dieses an der inneren Verzahnung von b sich abrollt, in der Richtung des beigesetzten Pfeiles nach links. Jeder Punkt des Theilkreises des Zahnrades P beschreibt alsdann eine Hypocycloide, und der Zapfen i der mit der Achse des Zahnrades b' zugleich sich fortschreitend drehenden Kurbel c ebenfalls eine solche Curve, wie durch die punktirte Linie x-x^x-x²-x^z angegeben ist. Dabei schwingt die Stange c^l um den Zapfen am äufseren Ende der Kurbel i\ und da nun die Bewegung des Kurbelzapfens i ziemlich mit dem Schwingungsbogen der Stange i¹ zusammenfällt, so ist leicht einzusehen, dafs während der ersten Periode der Bewegung von b¹ und c die von b² auf c² durch die Kurbel c und Stange c¹ übertragene Drehung verzögert wird. Befindet sich hingegen die Kurbel c in der aus Fig. 7 ersichtlichen Lage, so wird bei continuirlicher Drehung der Kurbel b² die Kurbel c² sich schneller drehen, und es ist leicht einzusehen, dafs während der einen Hälfte der Drehung des Rades b' durch die Kurbel c eine Verzögerung und während der anderen Hälfte eine Beschleunigung derKurbeli² eintreten mufs. Das Mafs der Verzögerung oder Beschleunigung ändert sich an jedem Punkte, so dafs die vorhin beschriebene periodisch ungleichförmige Bewegung beider Kolben eintritt. Diese Voreilung bezw. Nacheilung des einen Kolbens gegen den anderen erfolgt während einer Umdrehung der Welle a² je viermal. Während der nach der Pfeilrichtung fortschreitende Zapfen 2 sich auf der ersten Hälfte der Cycloidenbahnen χ x' x² x^% befindet, bleibt der Kolben u zurück, während der andere Kolben ν voreilt. Und umgekehrt: während der Zapfen i sich auf der zweiten Hälfte der Cycloidenbahnen Xx¹X²X³ befindet, eilt der Kolben u vor, wogegen der andere Kolben» nachbleibt.

Aus vorstehender Betrachtung ist ohne Weiteres einzusehen, weshalb die Kurbel c, Fig. 7, zur Drehung des Kolbens υ eine der Innenverzahnung des festen Zahnkranzes b abgewendete Richtung einnehmen mufs, so dafs sie also auf dem mittleren Theile der Bahn x², Fig. 7, sich befindet, wenn die zur Drehung des Kolbens u dienende Kurbel c im Anfange der Bahn x, Fig. 6, steht.

Der Durchmesser des Theilkreises der Zahnräder V ist genau gleich dem vierten Theil des Durchmessers des Theilkreises der Verzahnung von b gewählt, so dafs also bei einmaliger Drehung der Kurbeln b² von dem mitgeführten Kurbelzapfen i genau vier Cycloidenbogen χ χ¹ x²x^s beschrieben werden.

Man kann das Zahnradkurbelgetriebe zur Drehung der vielfachen Flügelkolben u und ν in verschiedenster Art modificiren. Bei der Einrichtung nach Fig. 4, 5 und 8 wird zunächst von der mittelst Riemscheibe a' continuirlich gedrehten, in α gelagerten Treibachse β² das Stirnrad 1, Fig. 5, gedreht und dieses setzt dadurch das halb so grofse, in Lagern β³ angeordnete Zahnrad 2 in doppelt so schnelle Umdrehung. Durch das auf der Achse des Rades 2 festsitzende Stirnrad 3 von doppelt so grofsem Durchmesser als 2 wird eine Drehung auf das Zahnrad 4 und das gleich grofse Zahnrad 5 Überträgen, welche letzteren, durch eine gemeinsame Nabe η verbunden, dadurch um Treibachse a² in doppelt so schnelle Umdrehung versetzt werden, als das sie treibende Rad 3, so dafs also die Räder 4 und 5 sich gerade viermal so schnell nach derselben Richtung (wie durch Pfeile in Fig. 5 angedeutet) als das erstgenannte Stirnrad 1 drehen.

Natürlich kann das Uebersetzungsverhältnifs der Räder auch ein anderes sein, wenn nur das Rad 5 das beschriebene Umdrehungsverhältnifs zur Welle a² besitzt.

. Mittelst des von der Achse a² in Richtung des Pfeiles gedrehten Doppelarmes w, Fig. 4 und 8, werden nun die beiden Stirnräder b und b', deren Achsen in den Enden des Doppelarmes drehbar sind, nach gleicher Richtung mitgedreht. Zugleich empfangen aber auch beide Räder b und b¹ Drehung um ihre Achse nach den Pfeilrichtungen, Fig. 8, dadurch, dafs sie mit dem nach gleicher Richtung sich, wie erwähnt, viermal so schnell drehenden Stirnrade 5 in Eingriff stehen. Der Durchmesser des Theilkreises des letzteren Rades steht zu den Durchmessern der gleich grofsen Rädert und b' im Verhältnifs von 4:3 derart, dafs, wenn der Doppelarm w mit den Rädern b und b^l eine Viertelumdrehung macht, alsdann der Zapfen ζ der Kurbel c an der Achse von b^x die Bahn χ

und der Zapfen P der Kurbel e an^: der Achse von b die Bahn_y in Richtung der beigesetzten Pfeile zurücklegt. Da nun der Zapfen i im Anfange der Bahn steht, wenn der Zapfen i^l ungefähr auf der Mitte seiner Bahnjy sich befindet, so wiederholt sich auch hier wieder der früher beschriebene Vorgang der periodisch schnelleren und langsameren Drehung der durch Stangen c^l bezw. e^l mit i bezw. i^l verbundenen Arme ι;² und e¹. Ersterer sitzt, wie.aus Fig. 4 ersichtlich, auf der Hohlnabe u^l des einen nicht dargestellten Kolbens u und letzterer auf der in der Nabe des Doppelarmes w drehbaren Achse a^l, auf welcher der ebenfalls nicht besonders dargestellte Flügelkolben υ mittelst seiner Nabe v^x befestigt ist. Entsprechend jenen Armen i² und e² drehen sich deshalb auch die, wie beschrieben, mit ihnen verbundenen Kolben, so dafs an vier verschiedenen Stellen am Umfange der Kapsel d ein Ansaugen und Ausstofsen von Wasser oder sonstiget Flüssigkeit (Luft, Gasen u. s. W-), wie im vorbeschriebenen Falle, zugleich stattfindet.

Es ist leicht einzusehen, dafs man statt der gewählten vierfachen auch beliebige andere vielfache Flügelkolben wählen könnte, ohne dafs dies am Wesen der Sache etwas änderte. Offenbar hätte man für diesen Zweck dann einfach nur die Verhältnisse der Durchmesser der Räder und die Hebellängen entsprechend zu ändern. Und statt den Apparat als Pumpe zu gebrauchen, kann man ebensowohl ihn auch als Motor wirken lassen, indem -man in den Druckkanal d"¹ Dampf, comprimirte Luft u. dergl. einströmen läfst, wobei alle Ventile fortfallen. Da die oscillatorischen Bewegungen beider Kolben ganz gleichartig sind, so kann man auch von dem zur Bewegung des einen Kolbens dienenden Mechanismus die Bewegung des anderen Kolbens ableiten, wenn man nur dafür sorgt, dafs die Phasen der Bewegungen wechseln.

Die Fig. 9 bis 12 stellen derartige Modifikationen dar. In Fig. 9 und 10 wird durch Drehung der Treibachse a² vermittelst der Riemscheibe a¹ ein Arm e¹ beständig mitgedreht und dadurch ein Zahnrad b¹, dessen Achse in dem Arme e^l drehbar ist, an der Aufsenverzahnung des mit dem Lager α fest verbundenen Zahnrades b abgewälzt, so dafs jeder Punkt des Theilkreises des Zahnrades b', dessen Durchmesser für eine angenommene Kolbenflügelzahl 4 gleich dem vierten Theile des Durchmessers von b ist, genau vier Epicycloidenbogen über dem Umfange von b als Basis beschreibt. Der Zapfen der mit der Achse von b' auf der Innenseite des Armes e^x verbundenen Kurbel u beschreibt bei einmaliger Drehung der Treibachse a² ebenfalls diese vier Epicycloidencurven, so dafs die mit dem Zapfen verbundene Pleuelstange ί das durch Führungen« am Arme«¹ geradlinig geführte Gleitstück t bei jeder Um:

drehung des Armes ε^Λ viermal auf diesem einwärts ■■ und viermal auswärts verschiebt. Durch Stangen e² und/², welche mit diesem Gleitstück einerseits und den Armen«³ bezw./"³ andererseits verbunden sind, werden die letzteren um Achse α² in Schwingung versetzt, wodurch die Achsen a⁴ und u^x, auf welchen die Arme e³ und/³, Fig. 9, befestigt sind, mitschwingen, während sie zugleich beständig mit dem genannten Arme e^x im Kreise sich drehen. Die Achse u^x trägt nun einen Flügelkolben u und die Achse a^l einen Flügelkolben v, welche infolge der beschriebenen Bewegungen der Arme e³ /³ bei jeder Drehung des Armes e^l viermal gegen einander hin- und wieder zurückschwingen, so dafs an vier verschiedenen Stellen der Kapsel, ähnlich wie vorbeschrieben, ein Ansaugen und Ausstofsen von Flüssigkeit stattfinden kann.

Endlich zeigen Fig. 11 und 12 noch eine andere Modification für den Antrieb der vielfachen Flügelkolben. Hier wird wieder durch Riemscheibea¹ die Achse «² und damit ein Arm e^l beständig nach einer Richtung gedreht.

Das an diesem Arme drehbare Zahrad b' beschreibt wieder wie vorhin um das am Lager« festsitzende Zahnrad b, das einen viermal gröfseren Durchmesser als b^l hat, vier Epicycloidencurven, welche auch von dem Zapfen der mit der Achse von b^l verbundenen Kurbel c beschrieben werden. Dadurch wird mittelst Stange c¹ ein Zapfendreiecke um den Zapfens am Arme <?' in Schwingung versetzt, dessen Zapfen 0² den Arm/³ und dessen Zapfen o^l mittelst der Stange e¹ den Arm e³ so bewegt, dafs diese Arme gegen einander hin- und wieder zurückschwingen, was eine entsprechende Bewegung der an diesen Armen festsitzenden Achsen u^l und a⁴' sammt deren Flügelkolben zur Folge hat.

Selbstverständlich könnten auch hier statt der vierflügeligen Kolben andere vielfache Flügelkolben gewählt werden.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Bei Kurbelkapselwerken mit vielfachen Flügelkolben u v, deren jeder mit einer besonderen Achse und ungleicher Winkelgeschwindigkeit sich dreht, die Anordnung aufeinander rollender Zahnräder b b^x mit Innen- oder Aufsenverzahnung in Combination mit an die Kolbenachsen anschliefsenden Kurbeln oder Excentern und Gestänge, zum Zweck, bei einmaliger Drehung der Drehachse a? beliebig oft, je nach Verhältnifs der Durchmesser von b b\ einen Wechsel bei Drehung der Kolben aus dem Schnellen ins Langsame und umgekehrt erreichen und dementsprechend eine beliebige Zahl von Ein- und Ausströmöffnungen am Kapselumfange anordnen zn können.

   Der mit Bezug auf Fig. ι bis 3 und 6 und 7 beschriebene Antriebmechanismus der beiden Kolben u und ν mit festen, innen oder aufsen verzahnten Rädern b, den auf Drehachse #² festen Kurbeln P mit den an b sich abwälzenden kleineren Zahnrädern b\ deren Kurbeln oder Excenter c durch Zugstangen c¹ die auf den Hohlnaben u^l bezw. v¹ der Kolben befestigten Arme c" erfassen, zum Zweck, eine periodisch ungleichmäfsige Drehung beider Kolben bei continuirlicher Drehung der Drehachse a² zu erzielen.
   Die mit Bezug auf Fig. 4, 5 und 8 beschriebene Modification des Antriebs der Kolben u und ν mit dem von der Drehachse a² bewegten Rädervorgelege 1, 2, 3, 4 zum Betriebe des Zahnrades 5, ferner dem auf«³ festen Doppelarme w mit den mit Rad 5 in Eingriff stehenden beiden Zahnrädern b^l und b, deren Kurbeln oder Excenter c und e vermittelst der Zugstangen c' und e¹ die Arme c^% und £² bewegen, woran die Achse «⁴ mit Nabe v¹ des Kolbens ν bezw. die Hohlnabe u^l des Kolbens u befestigt ist.

   Die mit Bezug auf Fig. 9 und 10 beschriebene Modification, bei welcher durch Kurbel u. Pleuelstange s, Gleitstück t und Stangen e² und/² die Arme e^z und/³ bewegt werden, wodurch die Achse ze¹ für den Flügelkolben u und die Achse «⁴ für den Flügelkolben ν abwechselnd periodisch schneller vorwärts gedreht werden.

   Die mit Bezug auf Fig. 11 und 12 beschriebene Modification des Antriebs der Kolben u und v, bei welchen durch Kurbel c und Stange c^l das Zapfendreieck e in Schwingung versetzt wird, das mittelst Stange e² den Arm e³ der Hohlachse u^l des einen Kolbens u und mittelst Zapfens o² den Arm /³ der Achse a* des anderen Kolbens ν periodisch abwechselnd schneller vorwärts dreht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.