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Pumpe oder Antriebsmaschine. Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe
oder Antriebsmaschine mit in der Achsenrichtung hin und her gehenden und gleichmäßig
um eine drehbare Taumelscheibe verteilten Kolben und Steuerschiehern.
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Das Neue besteht darin, daß durch Bemessung der von den Schiebern
gesteuerten Ein- und Auslaßkanäle für die Zylinder ein vollkommener Ausgleich zwischen
den auf Kolben und Taumelscheibe einerseits und auf die Steuerschieber andererseits
ausgeübten Drehmomenten und Kräften herbeigeführt wird.
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In der Zeichnung ist in den Abb. i bis 5 ein Ausführungsbeispiel einer
an ihren beiden Enden symmetrisch ausgeführten Flüssigkeitsantriebsmaschine oder
-pumpe mit vier Zylindern veranschaulicht.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch die vollständige Maschine flach
i-i der Abb. 2. Abb.2 und 3 zeigen Querschnitte nach Linie 2-2 und 3-3 der Abb.
i.
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Abb. 4. zeigt schematisch die Kraftwirkung bei einer Anordnung nach
der Erfindung.
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Abb. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführung des drehbaren Steuerorgans,
während Abb.6 eine weitere Maschinenausführung für eine Verbrennungskraftmaschine
zeigt. Die Taumelscheibe i (Abb. i) ist auf der Arbeitswelle 2 durch Keile 3 befestizt.
Die Arbeitszylinder d. liegen mit ihren Achsen parallel zur Achse der Welle 2. Die
Kolben 5 können eine dem benutzten Triebmittel angepaßte Ausführung besitzen. Ihre
beiden Enden sind starr verbunden durch eine Brücke 6, welche Ansätze 7 besitzt,
durch welche Führungsstangen 8 hindurchtreten, um eine Bewegung der Kolben parallel
zu ihren Achsen zu gestatten und eine Drehung zu verhindern.
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Um von der Taumelscheibe i eine Bewegung auf die Kolben 5 bzw. bei
Verwendung als Antriebsmaschine umgekehrt zu übertragen, sind Gleitstücke g und
in an jeder Seite der Scheibe i angebracht, deren Flächen mit den Flächen ii und
12 der Scheibe i unter geeigneter Schmierung zusammenarbeiten. Die Scheibe ist in
Abb.2 nur punktiert angegeben, um die Gleitstücke io in der Draufsicht zu zeigen.
Die Flächen i i und 12 können ebenso wie die Flächen 9 und io der Gleitstücke eben
gehalten werden, oder sie können eine geringere Kegelform besitzen.
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Die Steuerschieher 2o und 21 der Maschine (Abb. i und 3) besitzen
zylindrische Form und sind auf der Welle 2 befestigt. Die Einlaßöffnungen 22 und
23 der Zylinder an jeder Maschine stellen bei bestimmten Zeiten bei der Umdrehung
der Verbindung mit den Durchlässen 2d. und 25 oder den Kanälen 26 und 27 der Steuerschieber
:2o und 21 her. Die Durchlässe 2..1 und 25 können beispielsweise als Einlaßöffnungen
dienen, während die Kanäle 26 und 27 die Auslaßöffnungen der Maschine bilden. Die
Welle 2 ist mit Druckringen 28 und 29 versehen, welche mit Drucklagern
30 und 3 i zusammenarbeiten. Damit die Drucke auf die Lager 30 und
3 i den Kraftausgleich gegenüber der Taumelscheibe nicht stören, sind diese Lager
zweckmäßig als Kugelabschnitte ausgebildet, deren Mittelpunkt in der Mitte o der
Taumelscheibe liegt. Die Steuerschieber 2o und 21 dienen als Lager für die Taumelscheibe.
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Wenn besondere Zapfenlager gebraucht «-erden sollten, sind sie zweckmäßig
so einzurichten, daß sie die Drehung der Taumelscheibe in 1 eliebiger Ebene oder
Richtung um den Mittelpunkt gestatten.
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Die Schrnierung der Vorrichtung wird mittels eines gelenkigen Kissens
32 bewirkt, welches im unteren Teil des die Taurnelscheibe aufnehmenden Gehäuses
liegt und auf einer Spindel 34. angebracht ist, die entweder in Öl eintaucht oder
in bekannter Weise Spritzöl zugeführt erhält. Das Schmierkissen 32 besitzt eine
Fläche, welche an der Umfläche ja der Taumelscheibe i anliegt und auf letztere einen
nach aufwärts gerichteten Druck ausübt, der mittels eines
Exzenters
35 auf der Spindel 34 durch eine nicht dargestellte Schraubenfeder ausgeübt wird.
Das Schmierkissen 32 kann sich in der Längsrichtung auf seiner Spindel hin und her
bewegen, da es durch den Ansatz 37 mit dem benachbarten Zylinderzug 6 verbunden
ist, wobei seine Arbeitsfläche in richtiger Lage zu der Umfläche ia der Taumelscheibe
i während der Drehung der letzteren gehalten wird. Ein durch die Arbeitsfläche des
Kissen 32 gebohrtes Loch stellt die Verl;indung mit einer Längsbohrung 38 der Spindel
31. her, welche das Öl durch Ouer@-ohrungen 39, .4o in dem Gehäuse des Getriebes
zugeführt erhält, während Schmierdüsen 41 die Tautnelscheibe und Gleitstücke sowie
die Steuerschieber 20, 21 sowie die anderen Getriebeteile mit Ü1 verseben.
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Bei dieser Bauart wird der Druck des Arbeitsmittels auf die drehbaren
Teile des Getrie':es ausgeglichen, wie aus der schematischen Darstellung nach Abb..I
Hervorgeht, «-elche einen Schnitt in derselben Ebene wie Al-b. i veranschaulicht.
Ein ähnlicher Kraftausgleich findet auch in einer achsialen Ebene statt, welche
rechtwinklig zu dieser Ebene steht.
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Die beiden Kolben 5a und 5c (Abb.4) befinden sich im Druckhub, während
die anderen beiden Kol`-en Sb und 5d ihren Saughub vollführen. In den Zylindern
4a und .4c befindet sich das Arbeitsmittel unter Druck, während es in den Zylindern
1.11 und ad ungefähr auf Atmosphärendruck steht.
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Die Kolben 5a und 5c üben daher durch die mit ihnen verbundenen Gleitstücke
(in Abb. @. nicht angegeben) Kraftwirkungen auf die Schlingerscheibe aus, wie sie
durch die Pfeile A und C veranschaulicht sind. Diese Kraftwirkungen sind bestrebt,
eine Drehung der umlaufenden Teile, welche aus der Taumelscheibe i. der Welle 2
und den Steuerscheiben 2o. 21 Nestehen, in der Uhrzeigerrichtung herbeizuführen.
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Gleichzeitig wirken Arbeitsmitteldrucke in Richtung der Pfeile A1
und Cl auf die Steuerschiel-er 2o und 21, und zwar auf die Teile ihrer Oberfliichen,
welche durch Öffnungen 22 und 23 dein Arbeitsmitteldruck ausgesetzt sind. Diese
letzteren Kräfte sind bestrebt, die umlaufenden Teile entgegen der Uhrzeigerrichtung
in Drehung zu setzen. Nun ist die Fläche der Durchlaßöffnungen in Bezug zur Querschnittsfläche
der Zylinder und (lcr Abstand der wirkenden Kräfte A, C, A'
und Cl von der
-Mitte o der Taumelscheibe aus so bemessen, daß das Drehmoment der Flüssigkeitsdrucke
.11 und Cl gleich dem entgegengesetzten Drehmoment der Kräfte A und C ist. Das Drehmoment
der Drucke _11 und Cl ist derart bemessen, daß ein geringer Druck auf die Sitze
der Steuerschieber 2o und 21 in der Nähe der Durchlässe 22 und 23 ausgeübt wird,
wodurch die Dichtung an den Durchlässen gesichert wird. Die Flächen, auf- welche
der Arbeitsmitteldruck wirkt, sind in achsialer Richtung durch Ringe 2o11 (Abb.
i bis 5) begrenzt, und ihre Auselehnung auf dem Umfange wird bestimmt durch den
Druck, welcher die Dichtung bewirkt. Anstatt fest mit der Welle verbunden zu sein,
können die Steuerscheiben auch drehbar in bezug auf die Welle angeordnet werden
(Abb. 5 und 6). Bei dieser Ausführung ist auf der Welle 2 ein Zapfen -4 ausgebildet,
welcher in dem Steuerschieber 2o bzw. in einer Buchse 2oa des Schiebers umläuft.
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Um den Steuerschieber in Drehung zu setzen, besitzt die Welle 2 ein
Zahnrad .L6, welches durch eine Zahnradübersetzung mit den Rädern :4j und .t8, die
auf festen Spindeln 1.9 und 5o umlaufen, das Zahnrad 5 i dreht, welches auf einem
Ansatz des Steuerschiebers befestigt ist. Um die Kräfte auszugleichen, welche auf
die Taumelscheibe durch die Räder .I6 und 51 ausgeübt werden, können die Räder .47
und .48 doppelt angebracht werden.
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Es ist hieraus zu erkennen, daß mittels der 1 eschriebenen Übertragungsvorrichtung
der Steuerschieber 20 in entgegengesetzter Richtung zur Welle 2 mit verminderter
Geschwindigkeit angetrieben wird. Die Zahl der Zähne bei den Zahnrädern ist so bestimmt,
daß zwischen der Geschwindigkeit des Steuerschiebers und der Welle ein geeignetes
Ver-. hältnis 1-esteht entsprechend der Hubzahl der Antriebsmaschine oder Pumpe.
In gewissen Fällen ist es vorteilhaft, den Steuerschieber mit mehreren Auslässen
zu versehen, anstatt der Anordnung von nur einer einzigen Drucköffnung und einem
Kanal zur Verbindung mit der Atmosphäre (Abb. i bis 3). In Abb. 5 und 6 sind Steuerschieber
veranschaulicht, welche zwei symmetrisch angebrachte Druckkanäle (volle Linien)
und zwei Saugöffnungen (punktierte Linien) besitzen.
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Wenn der Steuerschieber schnell in der gleichen Richtung wie die Welle
umlaufen soll, kann die Anordnung durch die Einschaltung eines dritten Zahnrades
abgeändert werden, durch welches das Rad 1.7 von dem Rad 1.6 angetrieben wird, anstatt
in letzteres unmittelbar einzugreifen.
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Der Ausgleich der Drucke findet bei der Bauart nach Abb.5 und 6 in
genau der gleichen Weise, wie schon in Bezug auf Abl,.4 beschrieben, statt mit dem
Unterschied. daß eine Druckwirkung des Arbeitsmittels auf einen Zvlinderdurchlaß
auf die Welle durch die Lagerbuchse 20a und die Schmierschicht zwischen derselben
und dem
Zapfen :2 übertragen wird. Abb. 6, welche einen Querschnitt
nach Art der Abb. 3 darstellt, zeigt eine Bauart für einen Steuerschieber und einen
Steuerschieberantrieb nach Abb.5, wie solcher für eine Viertaktverbrennungskraftmaschine
geeignet ist. Nach dieser Bauart besitzt die Maschine an jedem Ende fünf Zylinder,
welche mit KI, K2, K3, K4 und K5 bezeichnet sind und je eine Öffnung 22 besitzen,
die nach der Kammer des mittleren Steuerschiebers 2o führt, der in der Kammer umläuft
und Durchlässe sowie eine Lagerbuchse besitzt, wie sie im Längsschnitt nach Abb.
5 erkennbar sind. Gemäß der Viertaktwirkung erhalten die Zylinder die explosive
Mischung in der Reihe KI, K3, K5, K2, K4, K1 usw., wobei die Richtung des Umlaufes
der Taumelscheibe der Richtung des Pfeiles am Kopf der Abb. 6 entspricht. Der Steuerschieber
2o, welcher im entgegengesetzten Sinne zur Taumelscheibe umläuft (vgl. Pfeil S),
und zwar mit % der Geschwindigkeit der Taumelscheibe, führt die Arbeitsmischung
durch den Einlaß 45b in den Zylinder K1; wenn die Schlingerscheibe 2/5 Umdrehung
zurückgelegt hat und der Zylinder K 3 in die Stellung gelangt, um Mischung zu empfangen,
bewegt sich der Einlaß 45c aus der in volle Linien gezeichneten Lage in die punktiert
gezeichnete und gestattet auf diese Weise den Einlaß. Eine ähnliche Wirkung findet
bei allen anderen Zylindern in der gleichen stufenweisen Reihenfolge statt.
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Damit der Ausgleich der Kräfte nicht .durch Beanspruchungen gestört
wird, welche der Welle der Maschine von dem Riemen oder der Kupplung übertragen
werden, mittels welcher der Antrieb stattfindet, kann dieser Antrieb nachgiebig
ausgeführt werden. Zu diesem Zweck ist eine Glahamkupplung empfehlenswert, wie sie
bei H in Abb. i angegeben ist. Diese Kupplung überträgt keine Kräfte, welche quer
zur Achse verlaufen.
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Um die Flächen der Steuerschieber oder bei der Ausführung nach Abb.
5 und 6 die Lagerbuchsen von Kräften durch das Gewicht der drehbaren Teile frei
zu halten, kann die Kraft der Schraubenfeder auf der Spindel 34 so eingestellt werden,
daß die Feder durch das Kissen 32 einen nach aufwärts gerichteten Druck auf die
Taumelscheibe ausübt, welcher gleich dem Gewicht der drehbaren Teile ist. Bei dieser
Einstellung muß Rücksicht auf die Stärke des erforderlichen Druckes für das Schmiermittel
genommen werden, um die Düsen 41 und die anderen Teile zu speisen, während die Fläche
des Kissens 32 in Übereinstimmung hiermit bemessen werden muß.
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Damit die Steuerschieber nicht als Lager benutzt zu werden brauchen,
kann die erwähnte Kupplung auch starr ausgeführt und in Verbindung mit dem Kissen
32 benutzt «-erden, um das drehbare Getriebe zu stützen.
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Die Schmierung mittels des Kissens 32 kann auch durch andere Einrichtungen
ersetzt werden. Beispielsweise kann eine Zahnradpumpe in bekannter Weise verwendet
werden, um allen Düsen auf der Fläche der Taumelscheibe Öl zuzuführen. Dieses Öl
wird durch Schleuderwirkung nach außen geführt und kann dem Kissen 32 die nötige
Schmierung liefern, welches so gehalten wird, daß es einen Druck nach aufwärts liefert,
um das Gewicht der drehbaren Teile auszugleichen.