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Umlaufverdichter. Es sind Verdichter mit pendelnder Flüssigkeit als
Treibmittel in der Form der nassen Kolbenverdichter bekannt. Ihr wirtschaftlicher
Nachteil besteht in der Unmöglichkeit, bei höheren Hubzahlen eine Mischung zwisehen.
Wasser einerseits und Luft oder Gas anderseits zu vermeiden, die zwar eine erwünschte
Wärmeabgabe an das Wasser unterstützen würde, aber die Lieferfähigkeit des Verdichters
mehr oder weniger aufhebt; ein
zu rasch bewegter Wasserkolben führt
in derartigen Maschinen zur Gischtbildung, welche der verdichteten Luft nicht den
rechtzeitigen Austritt aus der Mischung gestattet, und sie deshalb veranlaßt, im
Zylinder zurück zu expandieren. Die Gischtbildung ist vermeidbar, und zwar für beliebig
hohe Hubzahlen, wenn die Druckübertragung zwischen dem pendelnden Wasserkolben und
dem zur Verdichtung bestimmten gasförmigen Betriebsmittel in umlaufenden Verdichtungskammern
erfolgt, sobald nur die Fliehkraftbeschleunib ng größer ist als die relative Beschleunigung
der Wasserfläche innerhalb der umlaufenden Verdichtungskammer. Ein solcher Arbeitsvorgang
setzt ein Zusammenwirken von Lauf-und Leitsystemen für das bewegte Wasser voraus,
und seine Wirtschaftlichkeit hängt in der Hauptsache von stoßfreier Wasserbewegung
ab; sobald diese gesichert ist, lassen sich erhebliche Verbilligungen in Bau und
Betrieb gegenüber bekannten Kolben- und Kreiselverdichtern erzielen.
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Gemäß der Erfindung werden zur Energieübertragung paarweise zusammenarbeitende,
innerhalb kreisender Radzellen pendelnde Wasserkolben benutzt. Eine mit der Drehrichtung
fortschreitende, durch aufeinander-' folgende Leitkanäle verschiedenartiger Form
bewirkte Kupplung solcher paarweise zusammenarbeitender Radzellen läßt in ihnen
Wasserkolben entstehen, die: i. an ihren freien Enden Gasarbeiten aufnehmen, a.
unter dem Einfluß der Gasarbeiten während der Drehung aus einer Zelle zu einer andern
mit ihr verbundenen Zelle schwingen, 3. während dieser Schwingung in beiden Zellen
mit konstanter Gesamtmasse in zwang -läufigem gegenseitigen Zusammenhang bleiben,
wie etwa in einem um die Schenkelend-eii kreisenden U-Rohr, q.. während dieser Schwingung
finit veränderlichen Geschwindigkeiten und Winkeln die nacheinander zur Kupplung
benutzten Kanäle des Leitrings stoßfrei durchfließen, 5. -den Unterschied der beiderseitigen
Gasarbeiten in stoßfreier Strömung als Schleuderarbeit aus der Welle empfangen.
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Nach bekannten Gesetzen wird bei solchen Anordnungen das resultierende
Arbeitsvermögen der im Innern der Zellen wirkenden gasförmigen Betriebsmittel durch
die Summe der Energiedifferenzen dargestellt. <lie in Form von Umfangs-, von
relativer und absoluter Wassergeschwindigkeit zu beiden Seiten des Leitrings vorhanden
sind. In welcher Weise sich das gesamte Arbeitsvermögen auf diese drei Geschwindigkeitsformen
verteilt, hängt vom Durchmesser der Räder beiderseits der Leitkanäle und von der
Beschaufelungsart der Räder ab; diese Verteilungsart wird also ungeachtet der gemeinsamen
Merkmale eine verschiedene sein, je nachdem, welche Beschaufelungsmöglichkeiten
und Radformen der Verdichter benutzt. Unter Zugrundelegung eines dieser Sonderfälle
ist die Erfindung in den Abb. i, z und 3 dargestellt.
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Ab.b. i zeigt im Schnitt die beiden teilweise mit Wasser gefüllten
Zellenräder a und b
unter einem feststehenden, mit Wasser gefüllten
Leitring c, welcher Leitschaufeln enthält. Pendelt das Wasser in den Zellen um eine
Mittellage nach außen und innen, so werden die frei bleibenden Zellenräume unterhalb
der Enden der Wasserkolben größer oder kleiner, so daß sich in ihnen die Vorgänge
gewöhnlicher Kolbenverdichter abspielen können, nämlich Verdichtung, Ausschub, Rückexpansion
und Ansaugen. Die Räder a und b sind in einem Gehäuse d untergebracht, welches zu
beiden Seiten Räume für die Zu- und Abführung der gasförmigen Betriebsmittel besitzt.
Diese Räume sind mit Steuerschlitzen e versehen, an welchen sich die Zellenöffnungen
f vorbeibewegen.
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Abb. z zeigt im Schnitt die Räume für Zuführung ä und für Abführung
h der gasförmigen Betriebsmittel sowie die Steuerschlitze e für den Eintritt derselben
zum Rad und el- für den Austritt.
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In Abb. 3 sind die Systeme der Räder a und b, der Leitring c und die
beiderseitigen Steuerschlitze e und ei aufgeschnitten und abgewickelt im Schema
dargestellt; in dieser Abbildung ist die der Erfindung eigentümliche Verbindung
von zusammenarbeitenden Zellen in den Rädern a und b in ihrem Gesaintverlauf
während eines Arbeitsvorganges ersichtlich; die beispielsweise zwischen den beiderseitigen
Radzellen in den momentanen Lagen i. und k hergestellte Verbindung
bleibt bis zur Erreichung der Lagen L und fra bestehen, und das gleiche gilt
nacheinander für alle Radzellen bei ihrem Durchgang durch das gleiche Beaufschlagungsgebiet.
Während dieser Bewegung hat im Rad a zunächst Rückexpansion und dann Ansaugen stattgefunden;
der Wasserkolben hat sich dabei von seiner inneren in seine äußere Tatlage verschoben.
In der Lage ra treten die einzelnen Zellen des Rades a in Verbindung mit den Ansaugeöffnungen
c, und diese Verbindung bleibt bis in die Lage L bestehen, in welcher das Ansaugen
beendet ist. Zu gleicher Zeit hat im Rad b von der Zellenlage h bis zur Zellenlage
o Verdichtung stattgefunden; in dieser Lage treten die Zellen des Rades b in Verbindung
mit den Ausschuböffnungen el, die mit oder ohne Zuhilfenahme selbsttätiger Steuerorgane
das gasförmige Betriebsmittel austreten lassen,
und diese Verbindung
bleibt bis zur Erreichung der Lage m erhalten. Dabei hat sich der Wasserkolben im-
Rad b aus seiner äußeren in seine innere Totlage verschoben. In der Lage m der Zellen
des Rades b erfolgt durch den Leitring bei Punkt p eine Umschaltung des Wassers
auf der Seite des Rades b, die einer ähnlichen Umschaltstelle'q auf der Seite des
Rades a entspricht, nach deren Überschreibung sich der ganze Vorgang zwischen dem
Rad b und dem Rad a umgekehrt abspielt wie der eben beschriebene zwischen
dem Rad a und dem Rad b; die beiden Räder a
und b vertauschen dabei
ihre Rollen und ebenso die Kraftwirkungen und Steuervorgänge in ihnen. Die bewegte
Gesamtmasse eines zusammenarbeitenden Kolbenpaares, das während dieser Vorgänge
an beiden Seiten des Leitringes vorübereilt, ist konstant; ihre Relativgeschwindigkeit
in den Radzellen nimmt von Null auf einen Höchstwert zu und von diesem aus wieder
auf Null ab, sofern nur die Triebkräfte und Widerstände entsprechend bemessen wurden.
Die Kanäle des Leitrings dienen als Kupplung für die beiderseitigen Wasserkolben;
die Winkel der nacheinander zur Kupplung benutzten Kanäle passen sich den veränderlichen
Relativgeschwindigkeiten des Wassers an, so daß während des ganzen Pendelvorganges
stoßfreier Wasserübertritt gewährleistet ist, und zwar für alle gleichzeitig nebeneinander
bestehenden verschiedenartigen Druck- und Geschwindigkeitszustände der Wasserbewegung.
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Für die relative Pendelbewegung. des Wassers innerhalb eines Radzellenpaares
stehen einerseits Gasarbeit, Schleuderarbeit, pendelnde Masse, Hub und Zeit in gegenseitiger
Beziehung; anderseits hängt die Pendelzeit mit der Umlaufzeit zusammen, da sich
eine Pendelung zwischen den festliegenden Umschaltepunkten p und q vollziehen
muß. Es kann also zu verkleinerter Triebarbeit bei unveränderter Umlaufzahl und
unveränderter Masse ein verkleinerter Hub erzeugt werden; es kann ferner die pendelnde
Wassermasse durch Zu- oder Abführung von Wasser verkleinert werden, während Hub-
und Umlaufzahl unverändert bleiben; es können endlich beliebige Zwischenmöglichkeiten
durchgeführt werden.
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Da die Arbeitsvorgänge in beiden Rädern völlig gleich sind, können
die Zellenräder gemeinsam mit zwei getrennten Schaufelsystemen für Ein- und Aiustritt
der pendelnden Flüssigkeit versehene Arbeitskammern bilden.
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Es ist endlich möglich, den Leitring so auszuführen, daß die Geschwindigkeitsveränderung
des durchfließenden Wassers. ohne innere Leitschaufeln erfolgt; aber die hierdurch
bewirkte Verkleinerung der Reibungsverluste geht auf Kosten der stoßfreien Wasserführung.