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Spiralkapselwerk. Die Erfindung bezieht sich auf ein Spiralkapselwerk
zur Umwandlung der Energie einer elastischen Flüssigkeit in mechanische Arbeit,
oder umgekehrt zur Erzeugung einer Gasverdichtung oder -verdünnung durch mechanische
Arbeit. Zunächst soll das Prinzip der Erfindung an der Hand einer schematischen
Darstellung in den Abb. i bis 5 der Zeichnung erklärt werden.
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Zwei zylindrische Mäntel 1, 2 (Abb. i und 2) von verschiedenem Durchmesser,
aber gleicher Höhe, sind parallel zueinander angebracht, wobei der kleinere in dem
größeren zwischen zwei ebenen Scheiben 3, q. eingeschlossen ist, welche die Böden
des größeren Zylinders bilden; der kleinere Zylinder kann in dem größeren Zylinder
zwischen den Böden gleiten und schließt sich mit seinen Enden dicht an diese letzteren
an. Die Zylinder sind miteinander durch ein spiralförmiges elastisches Band 5 verbunden,
das zwischen den Zylindern angebracht ist, den kleineren umschließt und eine solche
Breite hat, daß seine schmalen Stirnflächen. ohne festgeklemmt zu werden, sich dicht
an die Böden 3, q. anschließen und leicht auf ihnen gleiten. Das eine Endre des
Bandes ist an der Innenseite des äußeren Zylinders befestigt, während das andere
Ende an der Außenseite des inneren Zylinders befestigt ist. Das Band muß hinreichend
federn, um auch nach erheblicher Formveränderung wieder seine ursprüngliche Form
anzunehmen, während es andererseits genügend nachgiebig sein muß, um den Kräften
folgen zu können, welche Förmveränderungen, hervorrufen. Nahe den Stellen, wo das
Band- an den Zylindern befestigt ist, sind Öffnungen 6 und 7 in den Zylindern vorgesehen.
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Der ringförmige Zwischenraum zwischen den Zylindern 1, 2 in Abb. i
und 2 wird somit von einem spiralförmigen Kanal ausgefüllt, welcher die Öffnungen
6, 7 miteinander verbindet und dessen Wände von dem elastischen Band gebildet werden.
Wenn indessen der innere Zylinder, wie Abb. 3 - zeigt, gegen die Wand des äußeren
Zylinders verschoben wird, bis die zwischenliegenden Teile des elastischen Bandes
zwischen den Zylinderwänden zu vollständigem Anliegen gegen diese und gegeneinander
zusammengepreßt worden sind, wird der spiralförmige Kanal zwischen den Öffnungen
6 und 7 abgeschnürt, so daß eine Anzahl voneinander getrennter Räume 12, 13, 1.1
gebildet werden. Der äußerste dieser Räume hat durch die öffnung 6 Verbindung nach
außen, und der innerste steht durch die Öffnung 7 mit dem Innern des Zylinders 2
in Verbindung.
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Denkt man sich schließlich den inneren Zylinder 2 so angeordnet, daß
derselbe eine kreisende Parallelbewegung um die Achse $ des äußeren Zylinders ausführen
kann, ohne sich um seine eigene Achse 9 zu drehen, so
ist die Erfindung
damit schematisch dargestellt. Während dieser kreisenden Bewegung des inneren Zylinders
gleiten natürlich die zusammengepreßten Teile des elastischen Bandes 5 gegeneinander,
während gleichzeitig die Berührungsflächen kreisförmig längs den Windungen des Bandes
wandern.
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Um die Wirkungsweise der Maschine zu erklären, möge angenommen werden,
daß der innere Zylinder 2 während seiner kreisenden Bewegung sich um gor' um die
Achse 8 aus der in Abb. 3 gezeigten Lage in die Lage der Abb.4 gedreht hat. Damit
haben sich auch die Berührungsstellen. welche ursprünglich in einer Ebene durch
den Durchmesser io-i i lagen. um go° gedreht. Der Raum 12, welcher in Abb.3 theoretisch
genommen die Achse 8 vollkommen umschließt, füllt in Abb.4 nur einen Winkel von
27o° aus und ist somit verkürzt worden, während gleichzeitig sein Rauminhalt durch
die Verminderung des Biegungshalbmessers desjenigen Teiles des Bandes 5, der die
äußere Wand des Raumes 12 bildet, abgenommen hat. Ein Teil des Inhaltes des Raumes
12 ist somit durch die Öffnung 7 in das Innere des Zylinders 2 gepreßt worden. Nach
einem ganzen Kreislauf des Zylinders 2 ist der Inhalt des Raumes 12 vollständig
herausgepreßt worden. Die Räume 13 und 14 werden gleichen Größenverminderungen
während der Bewegung unterworfen, wobei deren Inhalt allmählich verdichtet wird.
Gleichzeitig wird ein Raum 15 (Abb. 4) neu gebildet, welcher anfangs mit der Öffnung
6 in Verbindung steht und von dort z. B. Gas einsaugt, indem er an Größe zunimmt.
Nach einer Umdrehung ist der Raum 12 verschwunden. der Raum 13 nimmt dessen ursprünglichen
Platz und Größe ein, der Raum 14 bildet den mittleren Raum, und der neu gebildete
Raum 15 nimmt den ursprünglichen Platz von 14 ein. Es ergibt sich somit, daß bei
jeder Umdrehung des inneren Zylinders ein äußerer Raum von neuem gebildet wird,
während ein innerer Raum gleichfalls bei jeder Umdrehung verschwindet und seinen
Inhalt in den Zylinder entleert, wobei gleichzeitig die zwischenliegenden Räume
an Größe abnehmen. Jede durch die Öffnung 6 aufgenommene Gasmenge wird einem aus
drei Stufen bestehenden Arbeitsgang unterworfen. Während der ersten Stufe, welche
ungefähr eine Umdrehung des Zylinders 2 umfaßt, erfolgt das Einsaugen durch die
Öffnung 6 in den neu gebildeten, zunehmenden Raum 15, während der nächsten Stufe,
in diesem besonderen Fall ungefähr zwei Umdrehungen umfassend, wird das Gas verdichtet,
und während der dritten Stufe, eine Umdrehung umfassend. wird das Gas in den Zylinder
2 gepreßt. Das Gas wird, wie ersichtlich, während des Arbeitsvorganges kreisförmig
in drei ümdrehungen um die Achse 8 geführt. Wird die Umdrehungszahl der Spirale
5 erhöht. so wird die zweite Arbeitsstufe und die folgenden entsprechend verlängert.
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'\@'ird die Bewegungsrichtung geändert, so wird auch der Verlauf umgekehrt,
und die Maschine wirkt dann wie eine Pumpe, die eine Gasverdünnung in dem Zylinder
2 er-
zeugt.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist umkehrbar, so daß, wenn die eine
der öffnungen 6 oder 7 mit einem Behälter mit verdichtetem Gas verbunden wird, während
die andere Öffnung in einen Raum niedrigeren Druckes mündet, die Maschine als eine
Kraftmaschine wirkt, solange eine Druckdifferenz an den beiden Öffnungen herrscht.
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Die Zuflußöffnung wird während eines kurzen Zeitraumes jeder Umdrehung
von.- einem anliegenden Teil des elastischen Bandes 5 geschlossen, wodurch ein toter
Punkt gebildet wird. Um dies zu beseitigen, kann man die Maschine mit zwei oder
mehreren Spiralen versehen.
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Abb. 5 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Maschine mit zwei
Spiralen, von welchen die eine in vollen und die andere mit gestrichelten Linien
angedeutet ist. Jeder Spirale entspricht je eine Öffnung in den beiden Zylindern.
Durch diese Anordnung wird der tote Punkt beseitigt, weil in dem Augenblick, wo
die eine Zuflußöffnung, beispielsweise 16, geschlossen ist, die andere Zuflußöffnung
17 vollkommen offen ist, so daß die Maschine in dieser Lage in Gang gesetzt werden
kann.
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Nachdem das Prinzip der Erfindtnig erklärt worden ist, wird nachstehend
an Irland der Abb.6 und 7 eine praktische Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Das Gehäuse 18. welches -gleichzeitig den äußeren Zylinder bildet,
ist mit einer Grundplatte ig zur Befestigung auf einer Unterlage und mit Flanschen
20 (Abb.7j zum Festschrauben der Seitenplatten 21, 22 mittels Schraubenbolzen 23
versehen. Der Außenzylinder ist im Innern so bearbeitet, daß er eine archimedische
Spirale bildet, deren Tangente in jedem Punkt der Kurve einen konstanten Winkel
mit dem Radius des Zylinders durch denselben Punkt bildet. Die radiale Steigung
der Spirale ist genau so groß gewählt wie die Dicke des spiralförmigen beweglichen
Bandes 24. Dieses ist bei 25 an dem äußeren Zylinder mit an der Innenseite versenkten
Nieten festgenietet, umschließt .den inneren Zylinder 26 mit mehreren 'Windungen
und ist mit seinem anderen Ende an diesem befestigt. Die Befestigung des inneren
Endes kann auf gleiche Weise wie beim äußeren
oder derart erfolgen,
daß ein Teil des Bandes, das gegen das Ende verjüngt ist, um den inneren Zylinder
in einer Zusatzwindung gewickelt wird und an demselben durch Nieten oder Schweißen
befestigt wird. Der Zweck dieser Anordnung ist, bei gleichbleibender Exzentrizität
des Zylinders 26 in allen Lagen ein völlig luftdichtes Anliegen der zwischen den
Zylindern zusammengepreßten Teile des elastisches Bandes sowohl aneinander als auch
gegen die Zylinder beizubehalten. Die beweglichen Teile liegen an den Seitenplatten
21, 22 luftdicht an, wie bereits früher hervorgehoben, gleiten aber auf den Innenflächen
dieser Platten. Die innere Trommel26 ist nahe dem Ende des Bandes 24. auf der Trommel
mit einer Reihe von Löchern 3¢ versehen, welche den Innenraum der Trommel mit dem
nächstliegenden der beweglichen Gasräume verbinden. Die äußerste Kammer steht durch
eine Öffnung 35 mit der äußeren Luft in Verbindung.
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Die Platte 22 trägt drei Lager 27, welche in den Spitzen eines gleichseitigen
Dreiecks angebracht sind. dessen Mittelpunkt mit der Achse des äußeren Zylinders
zusammenfällt. Die andere Platte 21 trägt drei ähnliche Lager 28. von denen ein
jedes gerade gegenüber einem der Lager 27 liegt. In jedem Paar von Lagern 27. 28
ist eine Kurbel 29 gelagert. Von diesen drei Kurbeln -ist die oberste die eigentliche
Antriebskurbel, während die beiden anderen zur Steuerung des beweglichen Zylinders
bestimmt sind, zum Zweck, seine Drehung um die eigene Achse zu verhindern. Die Kurbelzapfen
sind in drei mit dem beweglichen Zylinder fest verbundenen Lagern 30 gelagert. die
innerhalb des Zylinders auf den Spitzen eines gleichseitigen Dreiecks, dessen Mittelpunkt
mit der Achse des äußeren Zylinders zuaainmen:ällt, angeordnet sind.
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Die Welle der treibenden Kurbel- geht durch die Platte 21 und das
oberste Lager 28 hindurch, das mit einer Stopfbuchse versehen ist. Die Kurbelwelle
trägt eine Riemenscheibe 31.
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Der Ein'_aß in die bewegliche Trommel 26
ist bei 32 und der
Auslaß aus der festen Trommel bei 33 angeordnet.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist die gleiche wie früher an Hand
der Abb. i bis hes@1irieben. Durch die treibende Kurbel kann die Trommel 26 in kreisende
Bewegung um die Achse der Maschine gebracht werden, ,volxi die beiden steuernden
Kurbeln die Drehung der Trommel um ihre eigene Achse verhindern. Wie vorher hervorgehoben
«-orden i_:;, wirkt die Maschine als Verdichter, im Fall die Hauptkurbel im L'hrzeigersinne
nc---li Abb.6 gedreht wird, wobei die Maschine atmosphärische Luft bei 33 einsaugt
und verdichtete Luft bei 32 abgibt. Geschieht die Drehung in entgegengesetzter Richtung.
so wirkt die Maschine als eine Saugpumpe.
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Wird die Maschine mit Druckluft oder Dampf gespeist. so wirkt dieselbe
als Kraftinaschine, und d_e Riemenscheibe wird in der einen oder anderen Richtung
sich drehen, je nachdem der Überdruck durch die Öffnung 32 oder die Öffnung 3 3
zugeführt wird.