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Aus zwei sich gegeneinander bewegenden Systemen bestehendes Getriebe
Die Erfindung betrifft ein aus zwei sich gegeneinander bewegenden Systemen bestehendes
Getriebe, bei welchem das eine System (primäre) eine in sich geschlossene Z'erschiebebewegung
ausführt und das andere (sekundäre-) System sich dein primären gegenüber derart
dreht, daß die Arbeitsübertragung durch eine Komponente der Fliehkräfte erfolgt.
Sie eignet sich besonders für den unmittelbaren Antrieb von solchen Getrieben, bei
denen das eine System unzugänglich oder weniger geeignet für einen unmittelbaren
Antrieb ist. Sie besteht darin, daß der hrümmungshalbmesser der Bewegung des primären
Systems kleiner ist als der Abstand des Schwerpunktes des sekundären Systems yon
seinem Drehpunkt im primären System.
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In Abb. r stellt I das primäre System dar. Um die festen Punkte A
und B können die Treibstangen A C und B D schwingen. Das System I
ist mit den Punkten C und D an den freien 'Enden der Stangen A C und B D
aufgehängt. Wenn z. B. die Stange A C
durch äußeren Antrieb in drehende Bewegung
gebracht wird, führen die Punkte C und D von System I um die Punkte A und B Kreisbewegungen
mit der Winkelgeschwindigkeit co aus, welche A C bzw. B D
als Halbmesser
haben.
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1I stellt das sekundäre System dar, dessen SchwerpunktinEliegt. Mittels
der StangeF F? ist die in E konzentriert gedachte Masse in des sekundären Systems
an Punkt F des primären Systems drehbar aufgehängt. Die Masse in kann also mit dem
Halbmesser F E - bum den Punkt F von System I eine Drehbewegung ausführen.
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Wird diese Drehbewegung des sekundären Systems für eine Arbeitsübertragung
ausgenutzt, um irgendeine Pump-, Verdichtungs-oder sonstige Arbeit in einer durch
die beiden Systeme nebst gegebenenfalls entsprechenden Zwischenorganen gebildeten
Maschine zu leisten, so eilt das System II gegenüber der Stellung F E' für unbelasteten
Gang mit einem bestimmten N acheilwinkel v. nach. Auf die Masse in wirkt bei dieser
Bewegung eine Fliehkraft D, die auf das System II ein Drehmoment 17d - O -
Cr ausübt. Die Strecke c. stellt sich als c_. - b # sinö dar.
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Der Sinus ä ergibt sich im Dreieck G E G' als
Die Größe der Zentrifugalkraft _O wird durch die Beziehung D-c-na-w= gegeben. Die
Größe :des Drehmomentes stellt sich somit als Md=nz-co=#b-a.-sinu dar. Hierbei ist
noch vernachlässigt, daß die Masse des sekundären Systems bei Drehmomentschwankungen
Beschleunigungen
und Verzögerungen, die mit p bezeichnet werden sollen, unterworfen ist. Es wird
hierdurch ein zusätzliches Moment erzeugt, das gleich -I- b - z;" - p - cos
ö ist. Es wird also 'Udo -- na-co=-b-a-sina ± b-zta-p-cos cS Um eine gute
Ausbalancierung zu erhalten, darf der Winkel a für große Drehmomentschwankungen
nur wenig schwanken. Dies trifft zu für kleine Winkelbeträge von a, da in diesem
Gebiet der Sinus sich schnell ändert. Zur Übertragung eines großen Drehmomentes
ist also für den ersten Teil der Summe, wenn die Masse und annähernd die Winkelgeschwindigkeit
gleichbleibt, das Produkt a - b möglichst groß zu halten. Wenn man in dem
zweiten Teil der Summe den Kosinus ö, der keine wesentliche Änderung hervorruft,
vernachlässigt, so sieht man, daß von den Größen a und b die letztere einen
größeren Einfluß auf das Drehmoment hat. Daraus ergibt sich erfindungsgemäß für
die konstruktive Ausbildung, daß nicht nur sin a klein, sondern auch b möglichst
groß im Verhältnis zu a- gehalten werden muß. Wenn aber b wesentlich größer ist
als a, so ist das Anlassen der Maschine schwieriger. Deshalb besteht eine
weitere Ausbildung des Erfindungsgegenstandes darin, daß die Schwungmasse msa des
Systems II derart angeordnet und ausgebildet ist, daß der Halbmesser der Rotationsbewegung
seines Schwerpunktes veränderlich ist.
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Neben der Anwendung eines solchen Getriebes für eine Arbeitsmaschine
gelten im wesentlichen die gleichen Verhältnisse auch für die Ausnutzung des Getriebes
im Zusammenhang mit einer Kraftmaschine, wobei allerdings der Winkel a ein Voreilwinkel
wird. -Der Erfindungsgegenstand ist in den Abb. 2 bis 7 an Hand einiger Anwendungsbeispiele
erläutert.
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Abb. 2 zeigt einen nach der Erfindung gebauten mehrschaufligen Drehkolbenverdichter
im Längsschnitt.
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Abb. 3 ist ein Schnitt nach der Linie III-III der Abb. 2.
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Abb. -. stellt einen einschaufligen Drehkolbenverdichter, ebenfalls
im Längsschnitt, dar.
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Abb. 5 ist ein Schnitt nach der Linie IV-IV der Abb. 4..
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Abb.6 zeigt einen Kolbenverdichter, bei dem die rotierende Bewegung
des zweiten Systerns zum Antrieb der Schubstange des I@olbens ausgenutzt wird.
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Abb. 7 veranschaulicht schematisch die Anordnung der mit veränderlichem
Halbmesser des Schwerpunktes arbeitenden Schwungmasse des sekundären Systems.
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Bei der Anwendung der Erfindung gemäß Abb.2 auf einen Drehkolbenverdichter,
wie solche z. B. bei Kältemaschinen verwendet werden, ist auf die Kurbel 23 einer
Welle 2.1., die in an einem Gehäuse 25 vorgesehenen Kugellagern 26 umläuft, ein
Gehäuse 27 derart vollständig geschlossen aufgesetzt, daß es eine durch die Kurbel
hervorgerufene translatorische Bewegung ausführt. Das Gehäuse 27, das auf Kugellagern
26"` gelagert ist, ist zu diesem Zweck, wie aus Abb. 3 hervorgeht, durch eine weitere,
im Gehäuse 25 gelagerte Hilfskurbel28 an eine zwangsläufige Translationsbewegung
gebunden. Zum Ausgleich der Fliehkräfte der Maschine sind Gegengewichte 29 vorgesehen.
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Innerhalb des Gehäuses 27 ist eine Hohlwelle 3o angeordnet. Auf dieser
in 26"@ `-kegelig gelagerten Hohlwelle sind zwei exzentrische Gegengewichte 31 (System
II) befestigt, die unter dem Einfluß der von der Translation erzeugten Fliehkraft
der Welle 3o eine Umlaufbewegung erteilen, welche dazu verwendet wird, einen mehrschaufligen
Drehkolbenverdichter anzutreiben.
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Der auf der Hohlwelle 3o aufgekeilte Rotor 33 ist mit radial verlaufenden
Schlitzen 32 versehen, in welche die Kolben 34 eingepaßt sind. Diese werden unter
dem Einfluß der Fliehkraft gegen die Innenwandung eines zum Rotor 33 exzentrischen
Gehäuses 35. gepreßt. Sie bilden dadurch in bekannter Weise auf der einen Hälfte
des Umfanges sich vergrößernde und auf der anderen Hälfte sich verkleinernde Verdichtungsräume.
Diese sind in axialer Richtung durch die Flächen 36 der Schwunggewichte 31 abgedichtet
und begrenzt. Erfindungsgemäß ist der Halbmesser der Kreisbahn, welche von dem Schwerpunkt
der Schwunggewichte 31 des sekundären Systems gegenüber dem Gehäuse 27 des primären
Systems ausgeführt wird, bedeutend größer gewählt als der Kurbelradius der Welle
2q.. -Das zu verdichtende Mittel wird auf der Saugseite 37 aus der Saugleitung 38
angesaugt, auf der Druckseite 39. verdichtet und strömt beim Passieren der Drucköffnung
d.o durch die, Druckleitung 41 fort. Für die Schmierung ist eine Ölleitung q.z vorgesehen,
durch welche das 01 in einen Raum 43 über einen etwa auf ein Viertel des Umfanges
sich erstreckenden Kanal 44 eingeführt wird. Jeder der durch den Kolben 34 und der
die Kolben 3:a. führenden Schlitze 32 begrenzten Räume :a.5 ist mit der Schmiermittelzufuhr
in Verbindung. Auf diese Art und Weise wird neben der Abdichtung auch die Schmierung
der reibenden Flächen gesichert. Die Räume
.I5. deren Größe sich
ständig ändert. «-erden gleichzeitig unter gleichbleibendem Druck gehalten.
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Die Verbindung des die Translationsbewegung ausführenden Teiles der
Vorrichtung mit dem feststehenden Teil des Gehäuses erfolgt durch Rohrleitungen,
welche z. B. spiralfederartig ausgebildet sind und einen alltnä blichen Übergang
vom starren Ende nach nach dem bewegten Ende bilden.
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Eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in Abb..I
und 5 zur Darstellung gebracht. Die Maschine besteht wiederum aus einem vollständig
dichten Gehäuse 5o, welches durch die Antriebsvorrichtung 49 und die mit Schwunggewichten
.I8 versehene Kurbel 5r, auf der die Lager 54 angeordnet sind, in eine hier nicht
v ollkommen translatorische Bewegung versetzt wird. U m eine Drehung zu verhindern,
ist im Gehäuse 5o eine Stange 52 befestigt, welche in einer in den Lagern 53'' drehbar
angeordneten Führung 53 beweglich gelagert ist.
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Im Innern des Gehäuses ist eine in Kugellagern 58 gelagerte Hohlwelle
55 angeordnet, die die Antriebswelle eines Umlaufverdichters bildet. Auf der exzentrisch
gedrehten Hohlwelle 55 sind zwei Gegengewichte 56 @ System II) mit zu den Lagern
58 exzentrischem Schwerpunkt ,z aufgekeilt, welche unter dem Einfluß der durch die
Translationsbewegung hervorgerufenen Fliehkräfte der Hohlwelle eine Umlaufbewegung
erteilen, die zum Betrieb des Drebkolbenverdichters ausgenutzt wird.
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Zwischen der Hohlwelle 55 und dem Drehkolben 59, der mit seitlichen
Dichtungsscheiben 6o versehen ist, ist ein Kugellager 58"-angeordnet. Der sichelförmige
Arbeitsraum 61 ist durch den Zylinder 62, den Kolben 59 und die Dichtungsscheiben
6o begrenzt. 63 ist die Einmündung der Saugleitung 63" und 64 der Anfang der Druckleitung
mit dem Druckventil 65. Zwischen der Saugseite und der Druckseite ist eine Kolbendichtung
66 vorgesehen, deren Wirkung darauf beruht, daß sowohl durch Federkraft als durch
Gasdruck die Dichtungskolben 66' gegen den 1
rehkolben 59 gedrückt
werden.
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In Abb.6 ist die Anwendung des Erfindungsgegenstandes auf einen gewöhnlichen
Kolbenverdichter dargestellt. Durch die Kurbel 7o der in Kugellagern 7z=@` laufenden
Welle 71, die von einer der Einfachheit halber nicht gezeichneten Kraftquelle
in Drehung versetzt wird, erhält das Gehäuse 82, welches sich im Innern des feststehenden
Gehäuses 73 befindet, eine im allgemeinen translatorische Bewegung. lni Gehäuse
72 ist eine als System II wirkende, mit entsprechend ausgebildeten Schwunggewichten
74 versehene Kurbel 74* in Kugellagern 75 drehbar gelagert und durch eine Schubstange
76 instand gesetzt, die infolge der Translationsbewegung des Gehäuses 72, das auf
Kugellagern 88 der Kurbel 7o gelagert ist (System I), hervorgerufene Drehung der
Kurbel 7d.''` (System II) in eine hin und her gehende Bewegung des Kolbens 77 im
Zylinder 78 umzusetzen und dadurch Verdichtungsarbeit zu leisten.
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Um das Gehäuse 72 an einer Umlaufbewegung zu verhindern, ist eine
beweglich gelagerte Führungsstange 79 vorgesehen. Im Verdichterzylinder 78 ist das
Druckventil mit 8o, das Saugventil mit 81 bezeichnet. Die Zuführung des zu verdichtenden
Mittels erfolgt durch die Leitung 82, die Wegführung des verdichteten Mittels durch
die Leitung 83.
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Bei den in den Abb.2 bis 6 dargestellten Maschinen sind die Zu- und
Abführleitungen für die Gase, welche verdichtet werden, bei den zwei ersten Maschinen
auch die Leitungen für Zuführung des Schmieröls, zum Teil durch federnde "Zwischenorgane,
gebildet. Es ist möglich, auch bei hoher Umlaufzahl diese federnden Organe so auszubilden,
daB sie die auftretende Beanspruchung anstandslos aushalten können und auch keine
Ermüdungserscheinungen auftreten. Immerhin ist z. B. wegen verborgener Materialfehler
ein Bruch in Ausnahmefällen nicht ganz ausgeschlossen. Damit die Ladung dann nicht
in kurzer Zeit ins Freie entweichen kann, kann das Gehäuse, in dem die federnden
Organe untergebracht sind und das nach außen nicht luftdicht verschlossen ist, mit
einer Ableitung 89 (Abb. 6) versehen sein, welche ins Freie führt oder nach der
Kanalisation für die Kühlwasserabfuhr oder an eine sonstige Stelle, an der ein plötzliches
Entweichen der Ladung entweder nicht stört oder z. B., wenn es sich um Ammoniak
handelt, durch Wasser absorbiert werden kann.
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Abb. 7 zeigt die Anordnung der mit veränderlicher Exzentrizität des
Schwerpunktes arbeitenden Schwungmassen des Rotors (System II). Der freien Wahl
der Größe von a und b bzw. dem Verhältnis sind durch die für das Ingangsetzen der
Maschine
nötigen Bedingungen Grenzen gesetzt. Um nun das für das Getriebe günstige Verhältnis
dennoch beibehalten zu können, ist, wie
in Abb. 7 dargestellt, das Schwunggewicht go durch eine Feder 7z derart eingestellt,
daß beim Anlassen die Exzentrizität b einen kleinen Wert hat und unter dem Einfluß
der Fliehkraft eine Vergrößerung des Wertes von b auf ein Vielfaches von
a erst dann eintritt,
nachdem das Schwunggewicht in umlaufende Bewegung
gebracht ist.
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Während in den beschriebenen Abb. 2 bis 6 die Anwendung des Getriebes
auf Arbeitsmaschinen betrachtet wurde, kann seine Verwendung für eine Kraftmaschine
an Hand von Abb. 3 erläutert werden. Indem z. B. durch die Leitung 41 in Abb. 3
ein hochgespanntes Druckmittel eingeführt wird, kann dieses durch Expansion den
Rotor in drehende Bewegung versetzen und durch die Wirkung der Fliehkräfte das Gehäuse
bewegen, welches in den Stand gestellt ist, nach außen Arbeit abzugeben.