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Umsteuerbarer Pfeilradmotor mit mehreren paarweis zugeordneten Läufern
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, durch die bei umsteuerbaren Pfeilradmotoren
eine Regelung der Füllung bei gleichzeitiger Entlüftung der zusammengehenden Zahnlükken
der Läufer möglich ist.
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Es gibt nun Pfeilradmotoren, bei denen die zur Entlüftung vorgesehenen,
-von zwei Drehschiebern ausgehenden, zu den Läufern führenden Bohrungen zur weiteren
Beaufschlagung der Läufer benutzt wenden. Die weitere Beaufschlagung der sich vergrößernden
Zahnlücken erfolgt dadurch, d aß die spiralförmig in den Schiebermantel eingelassenen
Außennuten, die mit dem Treibmittel in Verbindung stehen, wahlweise an die Bohrungen
angeschlossen werden. Die Entlüftung ergibt sich dadurch, daß die Bohrungen durch
die in dem Schiebermantel befindlichen, mit der Außenluft durch,den Hohlraum der
Schieber in Verbindung stehenden Löcher überdeckt werden. Die Maschinen, besitzen
jedoch den großen Nachteil, @daß bei einer drosselfreien Entlüftung :der zusammengehenden
ZahnIiikken eine wirtschaftliche Regelung der Füllung unter Ausnutzung der Ausdehnung
des Treibmittels nicht möglich ist, da die läuferseitigen Öffnungen der Bohrungen
die Zahnlücken so überdecken, daß eine unmittelbare Verbindung der Zahnlücken untereinander
besteht. Die Maschinen arbeiten daher bei einer Beaufschlagung der Grundfüllung
durch das Treibmittel immer schon mit der größten Füllung. Eine weitere geringe
Beaufschlagung der Zahnlücken zum Zwecke der Regelung des Drehmomentes erfolgt daher
nur in dem Maße, als Drosselungsverluste beim überströmen des Treibmittels von einer
Zahnlücke zur anderen durch die Öffnungen der Bohrungen vorhanden sind. Dadurch,
daß die Schieber getrennte Wege für das Treibmittel und die Abluft aufweisen, ist
man gezwungen, die Durchmesser der Schieber sehr groß zu halten, wodurch sich die
Bauhöhe der Maschine vergrößert. Dies ist besonders nachteilig, weil die Pfeilradmotoren
meistens nur zum Antrieb von Bergwerkslnaschinen in Frage kommen, die eine niedrige
Bauhöhe und ein geringes Gewicht erfordern. Ferner ist auch bei dieser Schieberbauart
der Umstandbesonders nachteilig, daß die Schieber durch die Verwendung der spiralförmigen
Außennuten. nicht entlastet sind, wodurch sich in Verbindung mit ihrer geringen
Drehstrecke ein einseitiger schnellerer Verschleiß- der aufeinandergleitenden Teile
ergibt.
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Die erläuterten Nachteile werden durch die Erfindung dadurch beseitigt,
daß die die Füllung und Entlüftung steuernden läuferseitigen Treibmittelkanalöffnungen
so ausgebildet sind, daß ihre Steuerkanten parallel zur Zahnrichtung
der
Läufer verlaufen, die Verbindungsräume- zwischen- den einzelnen läuferseitigen Öffnungen
der Treibmittelkanäleden Zahnlückenbreiteri und die Breite der läuferseitigen Treibmittelkanalöffnungen
für die Zusatzfüllungen den Zahnstärken der Läufer, gemessen am äußeren Umfange,
entsprechen, und daß die die Treibmittelkanäle steuernden, fast entlasteten und
um etwa 36o° drehbaren Hohlschieber mit nur einem gemeinsamen Kabel für die Entlüftungsluft
und das Treibmittel versehen sind. Vorteilhaft sind ferner noch die Umstände, daß
durch eine besondere Ausbildung des die Treibmittelkanalöffnungen verbindenden Steges
eine Nacheinströmung bei der Grundfüllung ohne Stoßverluste durch das einströmende
Treibmittel vermieden und durch die Anwendung nur eines Treibmittelkanals pro Steuerstufe
die Bauart des Motors vereinfacht wird.
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Auf den Zeichnungen sind in Fig. i ein Schnitt durch das Gehäuse,
.durch die Läufer und durch die Schieber nach der Linie A-B der Fig. 2, in Fig.
2 ein Schnitt durch das Gehäuse und einen Schieber nach der Linie C-D der Fig. i,
in .
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Fig. 3 die äußere Abwicklung des einen Schiebers mit gestrichelt eingezeichneten,
schieberseitigen Treibmittelkanalöffnungen, -in Fiel. 4 die äußere Abwicklung des
anderen Schiebers mit gestrichelt eingezeichneten, schieberseitigen Treibmittelkanalöffnungen,
in Fig.5 eine schematische Darstellung der beiden Läufer mit eingezeichneten, läuferseitigen
Treibmittelkanalöffnungen und in Fig. 6 ein Schnitt durch beide Schieber und das
Gehäuse nach der Linie E-F der Fig. 2 -
dargestellt.
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Der neue Pfeilradmotor besteht aus zwei Läufern i und 2, aus Schiebern
3 und 4 und aus einem Gehäuse 5. jeder Läufer zergliedert sich in Schrägzahnräder
56, 57, 58 sowie 59, 6o und 61. Die Schrägzahnräder 56, 57, 58 des Läufers 2 sowie
die Schrägzahnräder 59, 6o und 61 des Läufers i ergeben sinngemäß zusammengesetzt
je ein doppeltes Pfeilzahnrad. Indem Gehäuse 5 befinden sich die Treibmittelkanäle,
deren Öffnungen mit 8 und q.6, 9 und 47, io und 48, 11 und 49, 12 und 50, 15 und
51, i6 und 52, 17 und 53, 18 und 54- sowie i9 und 55 bezeichnet sind. Die
Enden der Treibmittelkanäle, die nach den Schieberseiten hin nur je eine Öffnung
aufweisen, erhalten mach -den Läufern zu zwei Öffnungen, deren längere Seiten die
gleiche Neigung wie die Zähne sder Läufer i und 2 besitzen (Fig. 5). Die Treibmittelkanalöffnungen
sind in diesem Falle den Füllungsgrößen entsprechend nacheinander abwechselnd rechts
und links von dem Treibmittelkanal, der der kleinsten Füllung entspricht, angeordnet.
Von den Treibmittelkanalöffnungen 48 für die kleinste Füllung werden demnach beispielsweise
links die Öffnungen 49 und 5o für die viert- und zweitgrößte und rechts die Öffnungen
47 und 46 für die drittgrößte und größte Füllung angeordnet. Demgemäß werden auch
die Treibmittelkanalöffnungen 5i, 52, 54 und 55 von den Öffnungen 53, die wiederum
zur kleinsten Füllung gehören, auf der Gegenseite,der Läufer verteilt.
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Das Gehäuse weist ferner Eintrittsöffnungen 13 und 2o; einen
Anschlußstutzen 6. sowie Entlüftungskanäle 14 und 21 auf. Der Anschlußstutzen 62
ist durch einen Eintrittskanal 63 mit den Eintrittsöffnungen 13 und 2o verbunden.
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Die Schieber 3 und 4 besitzen Füllungsschlitze 22, 2,3, 24, 2.5, 26,
34 35, 36, 37 und 38. Die Füllungsschlitze 22, 23, 25, 26 des Schiebers 3 und die
mit 34 35, 37, 38 bezeichneten des Schiebers 4,sind wiederum den Füllungsgrößen
entsprechend nacheinander abwechselnd rechts und links von dem Füllungsschlitz 24
bz.w. 36, der zur kleinsten Füllung gehört, angeordnet. In den Schiebern 3 und 4
befinden sich ferner noch Steuerschlitze 31 und 43 sowie Entlüftungsschlitze 32,
33, 44, 45. Die Entlüftungsschlitze 33 und 45 sind etwas breiter ausgeführt als
die Entlüftungsschlitze 32 und 44. Die Verdichtungsöffnungen sind in den Fig. 3
und 4 mit den Zahlen 27, 28, 29 und 3o bzw. 39, 40, 41 und 42 bezeichnet.
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Die Schieber 3 und 4 sind mit Zahnrädern 64 und 65 fest verbunden,
die mit ihren Zähnen in ein Zahnsegment 66 eingreifen. Das Zahnsegment 66 ist mit
einem Steuerhebel 67 gekoppelt, der evtl. auch noch mit einem Regler verbunden sein
kann.
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Bei der Benutzung des Erfindungsgegenstandes strömt,da-s Treibmittel
vom Anschlußstutzen 62 durch den Eintrittskanal 63 (Fig.2) den Schiebern
3 und 4 zu. Da aber der Steuerhebel 67 (Fig. 2 und 6) auf seiner Mittelstellung
steht und die Schieber 3 und 4 sich in ihrer Nullstellung befinden (Fig. i, 2, 3,
4 und 6), ist dem Treibmittel der Zutritt ins Schieberinnere und somit auch zu den
Läufern versperrt. Bewegt man nun den Steuerhebel 67 etwas in der Richtung ,der
Bildebene (Feg. 6), so wird der Schieber 3 gedreht, und zwar zuerst so weit, daß
der der Eintrittsöffnung 13 zunächst liegende Steuerschlitz 3 i die Eintrittsöffnung
13 überdeckt. Infolgedessen kann das Treibmittel durch die Eintrittsöffnung 13 und
-den Steuerschlitz 31 in den Schieber 3 eintreten und diesen dann durch den Füllungsschlitz
24 verlassen. Der Treibmittelkanal mit den Öffnungen i o und 48 leitet das Treibmittel
zu den an sich bekannten
Läufern i und 2. Das Treibmittel füllt
nun die den Treibmittelkanalöffnungen 48 gegenüberliegenden Zahnlücken .der Schrägzahnräder
57, 58, 6o und 61 der beiden Läufer auf. Die Zahnlücken sind nun einerseits durch
die gerade im Eingriff befindlichen Gegenzähne,sandererseits später nach dem Vorübergang
an den Treibmittelkanalöffnungen 48 durch die Gehäusewand praktisch luftdicht abgeschlossen.
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Von den zwei jede Zahnlücke umschließenden Zahnflanken weist die äußere,
also diejenige, die dem Gegenläufer am entferntesten liegt, eine größere Fläche
auf. Der auf diese Fläche durch das Treibmittel hervorgerufene Druck überwiegt also
und liefert durch den überwiegenden Teil den Beitrag jeder Zahnlücke zur Umfangskraft.
Der Druck ist nun gleichbleibend, solange noch eine Verbindung der Zahnlücke mit
einer der Treibmittelkanalöffnungen 48 besteht. Nach Abschluß der Treibmittelkanalöffnung
48 durch .die Drehung der Läufer ändert sich dieser Druck durch die .in den Zahnlücken
stattfindende Ausdehnung,des Treibmittels unter Druckabfall in dem Maße, das den
Rauminhalt der Zahnlücken entspricht. Der Auspuff und somit der Schluß des Ausdehnungszeitabschnittes
werden zunächst durch die Beendigung des Zahneingriffes an den Stirnseiten der Läufer
und dann :infolge des Freilegens der Zahnlücken durch die Auspuffräume 68 (Fig.
i) erzielt. Die Läufer müssen nun in dem vorstehend geschilderten Falle in der in
der Fig. i durch Pfeile angegebenen Drehrichtung laufen.
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Durch die Ausbildung der Läufer und des Gehäuses tritt bei dieser
Drehrichtung der Läufer auf den dem Schieber 4 zugewandten Läuferseiten bei den
Schrägzahnradteilender beiden Läufer 56, 57, 59 und 6o eine Inhaltsabnahme der Zahnlücken
und somit eine Verdichtung auf. Da jedoch der in :diesen sich verkleinernden Zahnlücken
befindliche dampf-oder luftförmige Stoff infolge der Drehung des Schiebers 4 durch
die Treibmittelkanäle mit den Öffnungen i 5 und 51, 16 und 52, 17 und 53,
18 und 54, ig und 5.5 sowie durch die Verdichtungsöffnungen 39, 40, 44 42
und den Füllungsschlitz 36 in den Schieber 4 und von hier aus durch den Entlüftungsschlitz
45 und den Entlüftungskanal2i entweichen kann, wird, je nach der Entfernung der
Treibmittelkanäle voneinander und dadurch, daß der Austritt aus den Zahnlücken stufenweise
erfolgt, eine Verdichtung dieses Stoffes im größeren Maßstabe vermieden. Der Entlüftungskanal
21 steht durch das Zurücktreten der Gehäusewand gegenüber den Schrägzahnradteilen
58 und 61 der beiden Läufer auf den nicht durch das Treibmittel beaufschlagten Seiten
der Schrägzahnräder mit den Auspuffräumen 68 in Verbindung. Dadurch,, daß der Steuerhebel
67 in der gleichen Richtung wie vorher weiterbewegt wird, und durch die Drehung.
des Schiebers 4 wird an dem Entlüftungszustande nichts geändert. Nur überdeckt dann
einer der Entlüftungsschlitze 44 den Entlüftungskanal 21, und hierdurch entweicht
dann der luft- oder dampfförmige Stoff aus dem Schieber 4.
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Verschiebt man- nun den Steuerhebel67 und dreht den Schieber 3 in
der gleichen Richtung wie vorher weiter, so tritt eine Verbindung des Füllungsschlitzes
25 mit der Öffnung i i .des Treibmittelkanals ein, der mit seinen zwei anderen Öffnungen
49 mit den Zahnlücken beider Läufer, und zwar mit denen der Schrägzahnradteile 57,
58, 6o und 61 in Verbindung steht. Infolgedessen tritt außer der Beaufschlagung
der Zahnlücken durch den Treibmittelkanal mit den öffnungen 48 eine Beaufschlagung
derselben durch die Treibmittelkanalöffnungen 49 ein. Dies hat zur Folge, daß der
Füllungszeitabschnitt entsprechend verlängert wird. Der von dem Treibmittel auf
die Zahnflanken ausgeübte Druck, der sich während einer Umdrehung derLäufer ändert,
erreicht daher einen größeren Wert. Die Leistung der Kraftmaschine steigt durch
diese Druckvergrößerung entsprechend an.
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Durch weitere Bewegungen des Steuerhebels 67 können noch verschiedene
Füllungsgrade und somit auch noch größere Leistungen eingestellt werden, die durch
die Verbindung der Treibmittelkanalöffnung g mit dem Füllungsschlitz 23, der Treibmittelkanalöffnung
i2 mit dem Füllungsschlitz 26 und der Treibmittelkanalöffnung 8 mit dem Füllungsschlitz
22 entstehen. Die durch die Füllungsverstellung bedingten Leistungen werden durch
die Drosselung des Treibmitteldruckes geändert, und zwar mit Hilfe :der vorhandenen
Steuerteile. Diese Drosselung erzielt man, indem der Steuerhebel 67 nicht so weit
verschoben und dadurch der die Füllung steuernde Schieber nur in geringen Grenzen
gedreht wird, so daß die Öffnung eines Treibmittelkanals nach dem Schieber zu -durch
,den Füllungsschlitzdes Schiebers nicht ganz überdeckt wird. Beispielsweise würde
eine Leistung, -die zwischen .der dritt- und viertgrößten Füllung liegt, eine mehr
oder weniger große Eröffnung der Treibmittelkanalöffnung9 durch den Füllungsschlitz
23 verlangen. Gleichzeitig findet auch durch diese Bewegung des Schiebers 3 eine
Querschnittverringerung im Eintrittsquerschnitt des Schiebers durch die nur zum
Teil erfolgende Ü"berdekkung der Eintrittsöffnung 13 durch einen der Steuerschlitze
31 statt. Diese letzte -Querschnittverringerung
hat auf
diese Drosselung des Treibmitteldruckes keinen Einfluß, da der Querschnitt sehr
reichlich bemessen ist.
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Durch die Umlegung des Steuerheibels 67 von seiner Mittelstellung
aus, also durch eine Bewegung desselben aus der Bildebene (Fig.6) heraus, erzielt
man eine Umsteuerung, also eine Veränderung der Drehrichtung der Läufer. Die Zahnlücken
der Schrägzahnräder 56, 57, 59 und 6o werden dann mittels des Schiebers 4 durch
das Treibmittel beaufschlagt. Es werden je nach der erforderlichen Leistung des
Motors die Treibmittelkanalöftnungen 15, 16, 17, 18, i g mit den Füllungsschlitzen
34, 35, 36, 37 und 38 des Schiebers 4 verbunden. Selbstverständlich weist die Eintrittsöffnung
2o eine Verbindung mit einem der Steuerschlitze 43_ auf. In diesem Falle stehen
:die Verdichtungsöffnungen 27, 28, 29, 30 sowie der Füllungsschlitz 24 des
Schiebers 3 dauernd in Verbindung mit den Treibmittelkanalöffnungen 8, 9, 1o, ii
und 12 des Gehäuses 5, ebenso der Entlüftungskanal 14 mit einem der Entlüftungsschlitze
32 und 33. Auf .diese Weise ist eine zu hohe Verdichtung in .den in diesem Fahle
nicht durch das Treibmittel beaufschlagten, sich verkleinernden Zahnlücken der Schrägzahnräder
57, 58, 6o und 61 unterbunden.
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Es findet hier natürlich keine Überdeckung der Eintrittsöffnung 13
durch einen der Steuerschlitze 3:1 bei dem Schieber, 3, ebenso nicht eine Überdeckung
der Eintrittsöffnung 2o durch einen der Steuerschlitze 43 des Schiebers 4 statt,
falls diese Schieber nicht zum Zwecke der Leistungsregelung und zur Weiterleitung
,des Treibmittels zu den Läufern herangezogen werden.
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In der Mittelstellung des Steuerhebels 67 und damit auch in der Nullstellung
des Schiebers 3 und 4 überdecken die Verdichtungsöffnung-en 27, 28, 29, 30, 39,
40, 4442 die Treibmittelkanalöffnungen 8, 9, 11, 12, 15, 16, 18, ig und idie Füllungsschlitee
24, 36 die Treibmittelkanalöffnungen io, 17 sowie die Entlüftungsschlitze 33, 45
die Entlüftungskanäle 14 und 2i. Durch diese sogenannten Überdeckungen wird bei
einem abgeschalteten Treibmittel von den Läufern und bei einem Auslauf der Läufer
eine Vakuumbildung in den sich vergrößernden Zahnlücken und eine Verdichtung in
größerem Maße *in den sich verkleinernden Zahnlücken der Läufer und damit ein Auftreten
der sonst üblichen pfeifenden Geräusche zum größten Teil vermieden.
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Dadurch, daß zwei läuferseitige Öffnungen bei dem Treibmittelkanal,
der der kleinsten Füllung entspricht, angeordnet sind, tritt eine Nacheinströmung
des Treibmittels in die Zahnlücken der Läufer ein. Diese Nacheinströmung wird bei
:dem Erfindungsgegenstand durch das Zurücktreten des Steges 69 von den Läufern
vermieden. Das Treibmittel kann also durch den so erhaltenen Kanal 70 zu
den eben in Eingriff gelangten Zahnlücken der Läufer strömen. Die wirksamen Zahnflächen
sind also sofort nach dem erfolgten Eingriff der Zähne an :der Kraftübertragung
beteiligt.
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Bei den Motoren, die keine Veränderung der Drehrichtung zulassen und
daher keine Entlüftungsvorrichtung der sich verkleinernden Zahnlücken erfordern,
da die Schrägzahnradteile 56 und 59 der Läufer fehlen und die Gehäusewand die Läufer
auf oder nicht durch das Treibmittel beaufschlagten Seite nicht dicht umschließt,
wird nur ein Schieber, und zwar der Schieber 3, angewandt. Es fallen daher auch
die Treibmittelkanäle mit den Öffnungen 15 und 51, 16 und 52, 17 und 53, 18 und
54, ig und 55 sowie die Eintr ittsöffnung 2o und der Entlüftungskanal 2 i fort.
Die im Schieber 3 sonst benötigten Entlüftungsschlitze 32 sind nicht mehr in diesem
Falle erforderlich.