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Expansions-Drehkolbenmaschine mit Drehwiderlager Bei Drehkolbenmaschinen
ist es bekannt, mehrere Arbeitsräume durch auf der Arbeitswalze angeordnete Seitenwände
zu bilden und durch Kolben in kleinere Kammern zu unterteilen. Bei axial benachbarten
Kammern sind die sie begrenzenden Kolben zueinander versetzt angeordnet. Nach der
Arbeitsleistung in der ersten Kammer wird das Treibmittel mittels besonderer Steuerorgane
zwecks Ausnutzung der Expansion in eine benachbarte Kammer geleitet, von welcher
das Treibmittel, falls die Expansion nicht weitergetrieben werden soll, in den Auspuffkanal
strömt. Zur Erzielung der Expansion muß also ein Ausschiebeverlust und ein überströmverlust
mit in Kauf genommen werden.
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Ferner ist es bekannt, nebeneinanderliegende Arbeitsräume durch Querkanäle
zu verbinden. Die ringförmigen Arbeitsräume erstrecken sich dabei auch in axialer
Richtung, und zwar zur Erzielung einer Expansion in zunehmender Breite nach den
Enden der Walze. Hierbei ist die Widerlagerwalze zum Eingriff in die Arbeitswalze
dieser entsprechend ausgebildet. Indem beide Walzen gleiche Durchmesser erfordern,
treten an den axialen Wandflächen unerwünschte Reibungen auf. Es ergeben sich nicht
nur Dichtungsverluste zwischen den beiden Walzen, sondern auch zwischen diesen und
der inneren Längs- sowie Stirnfläche an dem Gehäuse. Ein besonderer Nachteil ist
jedoch der Mangel der Umsteuerbarkeit.
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Bei der Erfindung sind die geschilderten Nachteile vermieden, indem
die Arbeits- und Expansionsräume durch Ausschnitte in den sie voneinander trennenden
Wänden miteinander in Verbindung stehen. Dementsprechend liegen die Arbeitsräume
sowie Expansionsräume um die Größe ihrer Verbindungsöffnungen versetzt zueinander.
Zur Steuerung der Verbindungsöffnungen dient eine Drehwiderlagerwalze. Diese greift
nicht etwa in die Verbindungsöffnungen, sondern steuert diese mit den Seitenflächen
- also in axialer Richtung - ihrer in die Arbeitsräume eingreifenden Kämme. Auf
diese Weise ist erreicht, daß selbst bei voller Füllung der ersten Arbeitsräume
die Überleitung des Treibmittels in die Expansionsräume ohne besondere Steuermittel
vor sich gehen kann. Von der ersten Kammer expandiert das Treibmittel unmittelbar
nach Freigabe der Verbindungsöffnung unter Arbeitsleistunz in die benachbarte Kammer.
Der sonst durch das Überströmen von der einen Kammer zur anderen bedingte Verlust
und der Verlust durch das Ausschieben aus der ersten Kammer sind vermieden.
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Die die Arbeits- und Expansionsräume miteinander verbindenden Öffnungen
sind zwischen den in bekannter Weise der Kammerbegrenzung dienenden Kolben vorgesehen,
welche nach der Erfindung jedoch so versetzt angeordnet sind, daß die eine Kammer
die aus der Ebene der anderen Kammer versetzte Fortsetzung letzterer bildet. Diese
Kammerverbindung gewährleistet die größtmögliche Füllung und Expansion unter Vermeidung
der vorerwähnten Verluste. Die Maschine wird
auch baulich durch
den Fortfall von Überströmkanälen vereinfacht. Da die Seitenwände der Arbeitsräume
eine durchgehende Stirnfläche erhalten können, so ist hier eine weitgehendste Dichtung
an der Innenwand des Gehäuses zu erreichen. Daß die erläuterte Ausbildung ohne weiteres
gestattet, die Maschine je nach der Notwendigkeit umzusteuern, ist ein weiterer
Vorteil.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel- ist in Abb. i im Schnitt nach
A-B der Abb. 2 mit Stirnansicht auf die Arbeits- und Widerlagerwalze dargestellt.
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Abb. 2 veranschaulicht einen Schnitt nach C-D der Abb. i.
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Abb. 3 stellt eine Abwicklung der Arbeitswalze mit den Arbeitskammern
dar.
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Abb. q. sind verschiedene Dichtungen der Kammerwände im Schnitt.
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In dem Gehäuse a ist von der Arbeitswalze b und der Widerlagerwalze
c getrennt der Steuerschieber g gelagert. Die Durchmesser der Walzen b und c sind
im Verhältnis a : i gezeichnet. Es bezeichnet b' die Seitenwände der
Arbeitskammern, b" die Ringnuten oder Arbeitsräume, d die Kolben, s die Steuerschieberbüchse,
i die Zuströmleitung für das Treibmittel, i' die Zuleitungskanäle in der Gehäusewand
für Vorwärtsfahrt, i." die für Rückwärtsfahrt und l den Hilfsauslaßkanal.
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In der Darstellung ist die Zuströmleitung i mit den Kanälen i für
Vorwärtsfahrt verbunden. Der Hilfsauslaßkanal l hat mit .den Kanälen i" Verbindung.
Bei Rückwärtsfahrt ist die Zuströmleitung i mit den . Kanälen % ' verbunden, wobei
dann der Auslaß L mit den Kanälen i.' zugeschaltet ist. k ist der Hauptauslaßschieber.
je nach der Stellung dieses Drehschiebers h tritt die eine oder andere Reihe Arbeitsräume
b" der Gruppen I und II unmittelbar über die Kanäle hä mit dem Ausla.1ä in Verbindung
(Abt. 2).
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Zum besseren Verständnis sind in Abb. 3 die nebeneinanderliegenden
und durch bffnungen in in den Seitenwänden b' in Verbindung stehenden Arbeitsräume
b" gestrichelt angedeutet.
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Die Maschine arbeitet in folgender Weise: Für den Vorwärtsgang wird
die T'reibmittelzuströmung i durch den Schieber g zu den Kanälen i.'' freigegeben.
In der in Aibb. i angegebenen Stellung der Arbeitswalze b wirkt das Treibmittel
auf den unteren der links ersichtlichen Kolben d' in der rechten Arbeitsraumreihe
der Gruppe II (Abt. hach rückwärts ist der Arbeitsraum b" abgeschlossen durch die
zugehörige Scheibe der Widerlagerwalze c. Die Öffnung ni, durch die die nebeneinanderliegenden
Arbeitsräume b" in Verbindung treten, befindet sich noch hinter der Widerlagerwalze
c. Vorerst ist also nur der Raum zwischen dem genannten Kolben d' und der Widerlagerwalze
c mit dem Treibmittel aufgefüllt. Kommt bei weiterer Drehung der Walze
b der Ausschnitt in auf die vordere Seite der Widerlagerwalze c zu stehen,
so wird hierdurch die Verbindung mit dem angrenzenden Raum b" hergestellt. Das Treibmittel
wirkt nun auf den unteren der rechts ersichtlichen Kolben d". Der Abschluß des Arbeitsraumes
hinter diesem Kolben erfolgt rückwärts ebenfalls durch die zu dem genannten Kolben
gehörige Widerlagerwalzenscheibe. Der Zutritt des Treibmittels zu diesen Arbeitsräumen
dauert so lange, bis der folgende Kolben d"' den Arbeitsraum b"
vom
Kanal i abschließt. Mit dem Durchtreten des dritten Kolbens durch das Widerlager
c heben sich die auf die Kolben d' und ci"' wirkenden Kräfte als -treibende Kräfte
auf. Wirksam ist jetzt nur noch der mittlere Kolben _d". Beim Abschluß des Kanals
i' ist der hintere Raum b" ganz und der vordere Raum b" nur zum Teil aufgefüllt.
Der restliche Teil ist noch durch das Widerlager abgeschlossen. Bei der weiteren
Drehung expandiert die Füllung. Tritt der Kolben d"" durch die Widerlagerwalze c
durch, so ist die Expansion beendet. Kurz vorher ist durch den Kolben
d" der Auslaßkanal hä freigelegt, und die Ausströmung beginnt. Hat der Kolben
d ` den Einströmkanal i überlaufen, so beginnt sofort die Einströmung
in den entsprechenden Arbeitsraum der Gruppe II. In der Arbeitsraumgruppe I, in
der die rechte Raumreihe mit dem Treibmitteleinlaßkanal in Verbindung steht, hat
sich der erläuterte Vorgang in gleicher Weise abgespielt. Indem hier die Raumgruppe
gegenüber der Gruppe II versetzt ist, so wird ein guter Gleichförmigkeitsgrad, also
eine Verbesserung des Drehkraftdiagrammes, erzielt.
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Die Anzahl der Arbeitsräume kann beliebig sein. Die Größe der Expansion,
also der Expansionsgrad., ist abhängig von der Lage der Kanäle i von der Widerlagerwalze
c. Je weiter die Kanäle von letzterer abliegen, desto größer wird die Füllung, desto
kleiner die Expansion. Durch besondere Ausbildung der Steuerkanäle kann die Expansion
leicht geändert werden.
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Die Maschine kann in der gleichen Ausbildung auch zum Verdichten von
Luft, Gasen o. dgl. Verwendung finden. Die Erfindung soll auch dieses Verwendungsgebiet
einschließen.
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Um eine gute Dichtung der Seitenwände b' und der Kolben zu erreichen,
werden diese finit Labyrinthdichtung ausgeführt. In Abb. q. sind einige Beispiele
solcher Dichtungen veranschaulicht.
Für die verschiedenen Verdichtungsgrade
wird zweckmäßig die Anzahl der zusammenarbeitenden Kammern vermehrt oder die Größenverhältnisse
der einzelnen Kammern entsprechend gewählt.