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Kurbellose Dampfmaschine mit Zahnstangenantrieb Gegenstand der vorliegenden
Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine, bei der statt der Kurbel ein Zahnstangenantrieb
vorgesehen ist. Derartige Antriebe sind bereits bekannt, jedoch erforderten sie
meist Hubvorrichtungen für die in die Zahnstangen eingreifenden Ritzel, bewegliche
Zähne oder ähnliche umständliche Maßnahmen.
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Der Erfindungsgegenstand verwendet auf der Arbeitswelle beweglich
angeordnete Triebräder, welche je bei der Kolbenvor- und Rückstoßbewegung mit entsprechenden
Teilen der Zahnstange in Eingriff kommen und durch entsprechend arbeitende Mitnehmervorrichtungen
mit der Welle gekuppelt werden.
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Die Zähne an Zahnstangen und Triebrädern sind vollkommen normal, dadurch
fällt neben der kostspieligen Herstellung die geräuschvolle, stets zu Schlägen und
Stößen Anläß gebende Arbeit parabolisch verlaufender Zähne fort.
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Auch eine besondere Führung der Zahnstange ist nicht notwendig, da
die Führung des Triebrahmens durch Gleiten auf den zahnlosen Triebradhälften erreicht
wird.
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,In Ausnahmefällen, wo hohe Drehzahlen in Frage kommen, wählt man
anstatt der halb verzahnten großen Triebräder im Durchmesser kleinere und ganz verzahnte,
welche bei jeder Kolbenbewegung eine oder mehrere Umdrehungen ausführen. Durch das
hierdurch hervorgerufene günstige Übersetzungsverhältnis ist es im Gegensatz zur
Kurbelmaschine durch die Unabhängigkeit der Arbeitswelle von der Kolbenbewegung
möglich, die Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitswelle unter Verwendung der kleinen
ganz verzahnten Triebräder bis zur Höchstgrenze zu steigern, ohne dabei die Kolbenbewegung
zu beschleunigen. Die Arbeit und Wirkungsweise obengenannter Triebräder ist die
gleiche wie die der großen halb verzahnten, nur mit dem Unterschied, daß dieselben
eine oder mehrere Umdrehungen ausführen und dem Triebrahmen durch die ganzseitige
Verzahnung und Fortfall der zahnlosenHälften eine besondere Führung voraussetzen.
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Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
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Fig. i ist eine Seitenansicht gegen das vordere Triebrad 9 zu Beginn
des Kolbenvorstoßes. Fig. 2 ist ebenfalls eine Seitenansicht, jedoch im Schnitt
a-b nach Fig. 5, gegen das breite, mittlere Triebrad 8, auch zu Beginn des Kolbenvorstoßes.
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Fig.3 zeigt wiederum in Seitenansicht den Triebrahmen mit Stellung
der Triebräder auf Mitte beim Kolbenvorstoß.
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Fig. q. zeigt die Seitenansicht mit mittlerem Triebrad 8, jedoch beim
Kolbenrückstoß.
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Fig. 5 zeigt einen Grundriß mit abgehobenem Oberteil und läßt die
Stellung der Triebräder nach Fig. i und 2 erkennen.
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Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht mit abgehobenem@Vorderteil und läßt
die Stellung der Triebräder nach Fig. 3 erkennen.
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Der Triebrahmen i ist an der unteren Innenseite mit einer breiten
Verzahnung 2 versehen. Oberhalb an der Innenseite des Triebrahmens i befindet sich
außen auf jeder Seite je eine Verzahnung
3 und q.. Zwischen diesen-beiden
Zahnstangen 3 und q. sind oben keine Zähne, sondern eine breite Gleitfläche 5. Zu
beiden Seiten der untenliegenden breiten Zahnstange 2 sind zwei schmale Gleitflächen6
und 7. Innerhalb desTriebrahmens x befinden sich auf der Schwungradwelle 2o, welche
der Abnutzung wegen mit einer gehärteten Stahlbuchse i9 versehen ist, drei Triebräder
8, 9, =o. Letztere sind, da sie bei jedem Kolbenhub nur eine halbe Umdrehung ausführen,
auch nur halbseitig verzahnt. Die Bohrungen 14 dieser drei Triebräder 8, 9, io besitzen
j e sechs Aussparungen 15, welche mit den Walzen i8 eine Klemmkupplung bilden, mit
derdie Triebräder mit der Welle gekuppelt werden können.
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Fig. i veranschaulicht den Augenblick des Kolbenvorstoßes. Hierbei
greifen die beiden oberen schmalenZahnstangen3 undq.in dieZähne der beiden schmalen
Triebräder 9 und =o ein, welche sich nach links drehen. Hierbei gleiten jetzt die
zahnlosen Hälften i2 und 13 der beiden Triebräder 9 und io auf den beiden schmalen
unteren Gleitflächen 6 und 7 entlang und dienen denZahnstangen3und 4als Führung.
Schonbei der leisesten Linksdrehung der Triebräder g und =o legen sich die Walzen
18 fest gegen die schrägen Flächen 17 der Aussparungen 15 und die Stahlbuchse i9
und nehmen die Schwungrad welle 2o in der Linksdrehung mit. Währenddessen greift
die untere, breite Zahnstange 2 in das breite Triebrad 8 ein (Fig. 2), und die zahnlose
Hälfte =i gleitet auf der oberen Gleitfläche 5 (Fig. 5). Das breite Triebrad 8 vollführt
jedoch im Gegensatz zu den schmalen Triebrädern 9 und =o eine Rechtsdrehung, also
entgegengesetzt der linkslaufenden Schwungradwelle 2o. Daher können sich die Walzen
18 nicht an die schrägen Flächen 17 anlegen, sondern sie legen sich gegen die geraden
Flächen 16, es findet keine Kupplung statt, und das Triebrad 8 läuft leer.
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Fig. 3 zeigt den Kolben auf halbem Wege. Die eingezeichneten Pfeile
lassen die Drehrichtungen der Triebräder erkennen. Die Zähne des breiten Triebrades
8 sind wie der Pfeil punktiert gezeichnet. Die Drehrichtung des Triebrades 8 ist
bei der Kolbenvorstoß- wie Rückstoßbewegung Stets entgegengesetzt den Drehrichtungen
der beiden schmalen Triebräder 9 und =o. Letztere bilden zusammen ein Triebrad,
ihre Teilung erfolgt nur wegen der besseren Kräfteverteilung.
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Fig. q. stellt nun den Beginn des Kolbenrückganges dar. Im Totpunkt,
wenn der Kolben zum Stillstand gekommen ist, läuft die Schwungradwelle 2o weiter,
dabei entkuppeln sich die Triebräder 9 und =o. Bei dem dann beginnenden Kolbenrückstoß
greift die untere, breite Zahnstange 2 in die Zähne des breiten Triebrades 8 ein,
und dieses dreht sich jetzt nach links. Die zahnlose Hälfte =i gleitet jetzt wieder
auf der breiten Gleitfläche 5. Nun legen sich beim Triebrad 8 die Walzen 18 fest
gegen die schrägen Flächen 17 und kuppeln dieses Rad mit der Schwungradwelle 2o.
Die beiden oberen Zahnstangen 3 und q. greifen wieder in die Zähne der beiden schmalen
Triebräder 9 und =o ein. Diese vollführen jedoch jetzt eine Rechtsdrehung und laufen
leer.
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Die Steuerung der- Maschine kann beliebig sein, beispielsweise wie
bei den sogenannten Duplexkesselspeisepumpen. Notwendig ist es jedoch, daß bereits
Frischdampf in den Zylinder eingetreten ist, bevor der Kolben seine Vorstoß-bzw.
Rückstoßbewegung beendet hat, damit der Kolbenstoß aufgefangen wird.