-
Flüssigkeitsumformer. Um die Kraft von der Welle einer raschlaufenden
Antriebsmaschine (Dampfturbine, Gasturbine, Elektromotor usw.) auf eine oder mehrere
benachbarte Wellen zu übertragen, sind bereits zahlreiche .Getriebe versucht und
gebaut worden.
-
Mit dem nachstehend geschilderten Flüssigkeitsumformer wird dies auf
eine neue eigenartige Weise erreicht. Auch wird damit ermöglicht, die Arbeitsleistung
von der Welle der Kraftmaschine unmittelbar auf eine Arbeitsmaschine mit hin und
her gehender Bewegung, z. B. auf einen Kompressor zu übertragen.
-
Durch die neue Vorrichtung wird die rotierende Bewegung der - raschlaufenden
Kraftmaschine in hin und her gehende. Bewegung umgewandelt und die hohe Umdrehungszahl
der Antriebsmaschine auf eine beliebig niedere Hubzahl der angetriebenen Maschine
vermindert. -Der Grundgedanke ist folgender: Mitderraschlaufenden Kraftmaschinewird
ein wagerecht, senkrecht oder schräg liegender Zylinder angetrieben, in dem sich
ein Kolben hin und her bewegen kann. Führt man auf der einen Seite des Kolbens Flüssigkeit
zu, so übt diese durch die Zentrifugalkraft auf die Zylinder und Kolbenwandungen
einen bestimmten Druck aus, -durch den der Kolben bis zu seinem Hubende fortbewegt
wird. Läßt man am Hubende des Kolbens die Flüssigkeit aus dem Zylinder austreten
und führt auf seiner andern Seite solche zu, dann bewegt sich der Kolben in entgegengesetzter
Richtung.
-
Um die Energieverluste, die beim Einleiten -der Flüssigkeit in den
Zylinder entstehen, auf ein Mindestmaß zu beschränken, kann die Geschwindigkeit
und die Eintrittsrichtung der -Flüssigkeit entsprechend gewählt werden: Die auf
den Kolben ausgeübte Kraft wird durch eine stopfbüchsenlose Kolbenstange unter Zwischenschaltung
eines Drucklagers im Kolben oder im Kreuzkopf auf eine Kurbelwelle oder unmittelbar
auf die anzutreibende Maschine weitergegeben.
-
Zur Aufnahme des auf den Zylinder ausgeübten Gegendruckes ist eines
der beiden Zylinderlager als Drucklager ausgebildet.
-
Die Leistungs- und Hubzahlreglung der angetriebenen Maschine kann
durch Änderung der Umdrehungszahl der Antriebsmaschine oder -durch Änderung der
dem Zylinder zugeführten Flüssigkeitsmenge erfolgen.
-
Die Verluste, die durch den Flüssigkeitsumformer bedingt sind, bestehen
aus den Stoß-und Wirbelverlusten beim Einführen der Flüssigkeit in den Zylinder,
aus den Reibungsverlusten des Kolbens und der Lager sowie aus den Reibungsverlusten,
welche der rotierende Zylinder durch die umgebende Luft erleidet. Um letztere zu
verringern, kann man denZylinder inVakuum laufen lassen.
-
In den Fig. = bis z2 sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten des
neuen Flüssigkeitsumformers veranschaulicht.
-
In Fig. z liegt der sich drehende Zylinder Z mit den beiden Achsstummeln
A'. und A -' in den Lagern L' und L2. Die Achsstummeln A' und A2 sind an den Zylinderzwischenwänden
z' und z2 befestigt, die an ihrem Umfang die Öffnungen ö besitzen.
-
Durch die Kupplung H wird der Zylinder Z mit der Antriebsmaschine
gekuppelt.
-
In dem Zylinder Z bewegt sich der Kolben K, von dem aus die Kraft
durch die Kolbenstangeh die durch den hohlen Achsstummel A' hindurch-
geführt ist, auf das im Kreuzkopf C eingebaute Drucklager B und
von hier auf die Kurbelwelle W weitergeleitet wird. Infolge der ständig wechselnden
Kraftrichtung im Drucklager B kann dieses sehr hohe Kräfte übertragen.
-
Die Flüssigkeitszuführung erfolgt durch die von einem Achsenregler
R gesteuerten Ventile V in die Hohlräume ml und m2, um von hier aus durch diejöffnungenza
in die Zylinderkammern wi und w2 gespritzt zu werden, von wo aus sie durch die Öffnungen
o in den Zylinder Z gelangt.
-
Hat der Kolben sein Hubende erreicht, dann gibt er die Öffnungen der
am Zylinderumfang verteilten Düsen D frei, durch welche die Flüssigkeit in das Zylindergehäuse
G geschleudert wird, von dem es durch das Rohr R abgeleitet wird, um mittels einer
Pumpe durch das Rohr b wieder den Flüssigkeitssteuerventilen V zugeführt zu werden..
-
Der Kolben K wird durch den auf ihn ausgeübten Flüssigkeitsdruck gezwungen,
die Drehung des Zylinders Z mitzumachen. Damit der Kolben aber auch dann sich mitdreht,
wenn dem Zylinder keine Flüssigkeit zugeführt wird, kann die Kolbenstange durch
die Keile l (Fig. 5) geführt werden.
-
In Fig. q. und 5 ist veranschaulicht, wie die Trommel einer Dampfturbine
gleichzeitig als rotierender Zylinder verwendet werden kann.
-
In die Turbinentrommel T ist eine Büchse Z mit Luftzwischenräumen
eingepreßt, um das Niederschlagen des Dampfes in der Turbine durch Abkühlung zu
verhindern. Die Turbinentrommel T mit dem Zylindereinsatz Z ist durch die beiden
Achsstummel A i und A 2 in den Lagern Lund L2gelagert. Der Achsstummel A1 ist hohl,
damit die Kolbenstange k hindurchgeführt werden kann. Die Kolbenstange k überträgt
wieder wie in Fig. i die Kraft durch das Drucklager B auf den Kreuzkopf C und auf
die Kurbelwelle W.
-
Die Flüssigkeit wird wieder wie bei der in Fig. x dargestellten Anordnung
durch die gesteuerten Ventile V zunächst in die Kammernm'-und m2 gepreßt, von wo
aus sie durch die Öffnungen n in die Ringkammern y gespritzt wird und von hier infolge
der Zentrifugalkraft durch die Öffnungen o in den Zylinder Z gelangt.
-
Das Ausströmen der Flüssigkeit erfolgt dadurch, daß durch die Düsen
d Flüssigkeit in die Ringkammern y' und r2 eingespritzt wird und infolge der Zentrifugalkraft
durch Öffnungen in die gleichmäßig über den Trommelumfang verteilten kleinen Zylinderräume
h gelangt, wo sie auf die kleinen durch die Federn f belasteten Kolben e wirkt (Fig.
5). Die kleinen Kolben e verschieben sich durch den Flüssigkeitsdruck und stellen
durch die Öffnungen b und o eine Verbindung mit den Ausströmdüsen D her, durch die
dann die Zylinderflüssigkeit mit dem Turbinenabdampf in den Kondensator entweichen
kann.
-
Gelangt durch Undichtheiten der kleinen Kolben e Flüssigkeit hinter
dieselben, so wird diese durch die Öffnungen i abgeleitet, um Gegendrücke zu verhindern.
-
In Fig. 6 ist der Antrieb des Flüssigkeitsumformers durch einen Elektromotor
veranschaulicht.
-
Auf dem rotierenden Zylinder Z, der wieder mit den Achsstumrrieln
A i und A 2 in den Lagern L1 und L2 liegt, sind die beiden Ventilatoren P und der
Rotor Qu aufmontiert. Mit den Ventilatoren P wird durch die Rohre s Kühl-Luft angesaugt
und durch den Motor gepreßt.
-
Die Flüssigkeitszuführung in den Zylinder Z erfolgt wieder durch die
gesteuerten Ventile V wie bei der in den Fig. q. und 5 dargestellten Anordnung.
Die Flüssigkeitsabführung geschieht hier ebenso wie dort. Die Düsen d dienen wieder
zum Steuern der kleinen Kolben e in den Zylinderräumen h. Die Zylinderflüssigkeit
wird durch die Rohre qu abgeleitet.
-
Das Drucklager B kann statt wie bei den vorher geschilderten Anordnungen
im Kreuzkopf auch im Kolbenkörper untergebracht werden, wie es in Fig. 6 gezeichnet
ist.
-
Bei den in den Fig. q. bis 6 dargestellten Anordnungen kann die Kraft
durch eine durchgehende Kolbenstange nach beiden Zylinderseiten gleichzeitig abgeleitet
werden.
-
Fig. 8 veranschaulicht eines der Flüssigkeitssteuerventile V. Die
von der Kolbenstange (wie in Fig. 7) oder bei Kurbelantrieb von der Kurbelwelle
(wie in Fig. i bis 6) betätigte FeuerstangeS besitzt zwei Ansätze n' und n2, durch
welche die beiden Ventile V' und V2 gesteuert werden. Bewegt sich die Steuerstange
s in der durch den Pfeil gekennzeichneten Richtung, dann wird durch den Ansatz n'
zunächst das Ventil V1 geöffnet, wodurch die Flüssigkeit durch die Düse d mit Hilfe
der Kolben e den Flüssigkeitsaustritt aus der einen Seite des Zylinders Z bewerkstelligt.
Erst wenn die Flüssigkeit aus dem Zylinder Z entwichen ist, wird durch den Ansatz
n2 der Steuerstange s das Ventil V2 geöffnet, durch das dann auf der anderen Zylinderseite
die Flüssigkeit in der bereits mehrmals geschilderten Weise in den Zylinder gelangt.
-
Um bei der der Pfeilrichtung entgegengesetzten Bewegung der Steuerstange
S das Ventil V1 nicht nochmals zu heben, ist die Spindel dieses Ventils oben mit
dem Gelenk g versehen, so daß der Ansatz n2 über die Gelenkrolle hinweggleitet,
ohne das Ventil V' zu öffnen.
-
Um einen stoßfreien Gang des Umformers zu erzielen, kann die Flüssigkeitssteuerung
so eingestellt werden, daß aus dem Zylinder Z nicht ; die ganze Flüssigkeitsmenge
entweicht, sondern ein geringer Teil zurückbleibt, der auf den Kolben
einen
Gegendruck ausübt, ähnlich wie bei einem Kolbendampfmaschinendiagramm die Kompression.
-
Wird die Steuerstange s von einem Achsenregler, der -auf der Welle
W sitzt, in der einen oder anderen Richtung verschoben, dann kann das Ventil VZ
so gesteuert werden, daß es längere oder kürzere Zeit offen bleibt, wodurch größere
oder kleinere Flüssigkeitsfüllung im Zylinder Z gegeben werden kann.
-
Beim elektrischen Antrieb des Flüssigkeitsumformers können die Flüssigkeitsventile
V auch auf elektromagnetische Weise gesteuert werden.
-
Die mit dem Flüssigkeitsumformer angetriebene Maschine kann während
des Betriebe: umgesteuert werden.
-
Dies geschieht in einfachster Weise dadurch, daß man an der Steuerstange
s gegen die Ansätze n- und n2 um go ° versetzt, Ansätze n1' und n2' anbringt, die
der entgegengesetzten Hubrichtung des Kolbens entsprechen. Durch Drehen der Stange
s um go ° werden die Ansätze n1' und n2' in Tätigkeit gesetzt.
-
In Fig. 7 ist der Antrieb eines Kolbenkompressors F durch eine Dampfturbine
mit Hilfe des neuen Flüssigkeitsumformers dargestellt.
-
Die Flüssigkeitszu- und -abführung erfolgt hier wieder genau so wie
bei der Anordnung in Fig. q. und 5. Die Kraft wird vom Kolben K durch die Kolbenstange
k auf den Kreuzkopf C, in dem das Drucklager B sitzt, übertragen und von diesem
durch die Kolbenstange k1 auf den Kolben KI des Kompresssor F weitergegeben.
-
Die Reglung der Flüssigkeitsventile V erfolgt mittels des Hebels t
durch die Steuerstange s vom Kreuzkopf C aus.
-
Die Leistungsänderung und die Änderung der Hubzahl des Umformers erfolgt
hier nicht durch Füllungsänderung, sondern einerseits durch Reglung der Turbinenleistung
und Umdrehungszahl durch den Turbinenregler und anderseits durch Änderung der Schichthöhe
der Flüssigkeit im Zylinder Z durch Änderung der zugeführten Flüssigkeitsmenge,
was ebenfalls der Turbinenregler besorgt. Zu diesem Zwecke ist der kleine Zylinder
x durch die Leitung r. mit dem Druckölregler der Turbine verbunden. In dem
Zylinder z bewegt sich der Kolben p, der mit seiner Kolbenstange durch die Kniehebel
lt' und h.2 auf die beiden Kolbenschieber i wirkt, die in dem Gehäuse s sich verschieben,
das durch das Rohr l mit Druckflüssigkeit gefüllt ist. Gibt der Turbinenregler Drucköl
unter den Kolben P, dann wird dieser nach oben gedrückt, wodurch die Kolbenschieber
i die Öffnungen w mehr abschließen und so die Zufuhr der Zylinderflüssigkeit abdrosseln
und damit durch die Leitungen b eine geringere Flüssigkeitsmenge zu den Ventilen
V bzw. in den Zylinder Z gelangen lassen.
-
In den Fig. 9 bis 12 sind verschiedene Anordnungen dargestellt,
bei denen der Zylinder Z des Flüssigkeitsumformers sich im Vakuum dreht, wodurch
der Reibungswiderstand des Zylinders vermindert wird und durch die in das Vakuum
ausströmende Flüssigkeit Kraft zurückgewonnen werden kann.
-
In Fig. g ist die Anordnung der Fig. i, aber mit im Vakuum laufendem
Zylinder Z, dargestellt. Der Zylinder Z ist durch die Achsstummel A in den
Lagern L gelagert und befindet sich in dem Gehäuse G, das durch das Rohr
R an die Kondensationsanlage einer Dampfturbine angeschlossen ist. An seinen beiden
Enden besitzt er Aushaltungen H die mit Labyrinthabdichtung versehen sind und das
Gehäuseinnere luftdicht nach außen abschließen. Die Flüssigkeitszuführung erfolgt
durch die Steuerventile zunächst in die Kammern m und von hier aus durch
den Ringkanal y in die Aushalsung H und durch die Öffnungen o in en Zylinderraum.
Die Flüssigkeitsabführung geschieht wie bei Fig. i.
-
Durch tangentiale Anordnung der Ausströmdüsen D an den Zylinder Z
kann bei dieser Ausführung eine dem im Zylinder und Gehäuseraum herrschenden Druckunterschied
entsprechende Arbeitsleistung zurückgewonnen werden.
-
In Fig. io ist das Turbinenrad auf der Trommel T angebracht, in welcher
sich die beiden Zylindereinsätze Z befinden. Das ganze ist wieder mit den beiden
Achsstummeln A 1 und A 2 in den Lagern L1 und L2 gelagert und von dem Gehäuse G
umschlossen, das nach außen durch die Labyrinthdichtungen S1 und S2 abgedichtet
ist. Der Flüssigkeitszutritt zum Zylinderraum erfolgt wieder wie bei der in Fig.
g dargestellten Anordnung. Neuartig ist dagegen hier der Flüssigkeitsaustritt. Am
Hubende öffnet der Kolben die Schlitze A und läßt die Flüssigkeit in den zwischen
den Zylindereinsätzen Z und der Trommel T befindlichen Hohlraum treten, von wo aus
sie durch die an beiden Trommelenden tangential angebrachten Düsen D in das Vakuum
ausfließt.
-
In Fig. ii ist eine den Fig. q. und 5 entsprechende Anordnung dargestellt,
bei der aber die Flüssigkeitszuführung in der gleichen Weise erfolgt wie bei der
Anordnung der Fig. g.
-
Neu ist hier, daß statt der kleinen Kolben e der Anordnung in Fig.
5 ein Ringkolben N (Fig. 12) zur Steuerung des Flüssigkeitsaustrittes verwendet
wird. Der Ringkolben wird durch die Federn f gegen die Anschlagplatte
A
gedrückt. Im übrigen erfolgt die Steuerung des Ringkolbens genau so wie
bei der Anordnung Fig. 5 die Steuerung der Kolben e. Die durch Undichtheiten hinter
den Ringkolben gelangende Flüssigkeit wird wieder durch die Öffnungen i abgeleitet.
-
Die in den Bildern dargestellten Möglichkeiten des neuen Flüssigkeitsumformers
sind
selbstverständlich nicht nur für ortsfeste Maschinen verwendbar,
sondern sind in entsprechender Weise auch zum Antrieb von Schiffen, Lokomotiven,
Automobilen usw. zu gebrauchen.
-
Die Hauptvorteile des neuen Umformers bestehen neben großer Einfachheit
und sehr geringem Kraftverlust und seiner guten Regulierbarkeit und Umsteuerbarkeit
darin, daß er sich mit der Antriebsmaschine sehr gedrängt zusammenbauen läßt.