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Drehkolbenmaschine mit einem gleichgerichtet, aber mit ungleichförmiger
Geschwindigkeit sich drehenden Widerlager Die Erfindung bezieht sich auf Drehkolbenmaschinen,
wie Motoren, Verdichter oder Pumpen, mit in einer ringförmigen Kammer mit gleichmäßiger
Geschwindigkeit umlaufendem Kolben und mit einem gleichgerichtet, aber mit ungleichförmiger
Geschwindigkeit sich drehenden Widerlager. Bei diesen Maschinen ist der Kolben an
dem Umfang einer Scheibe befestigt und dreht sich in der ringförmigen Kammer, deren
Zulaß und Auslaß durch das umlaufende Widerlager voneinander getrennt sind, welches
sich bei jeder Umdrehung des Kolbens öffnet, um diesen durchlaufen zu lassen. Bei
diesen Maschinen ist das schnelle Schließen des Widerlagers nach dem Durchgang des
Kolbens eine wesentliche Bedingung für die Erzielung einer guten Leistung.
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Bei einer dieser bekannten Maschinen besitzt das umlaufende Widerlager
eine veränderliche Winkelgeschwindigkeit, die ihr Höchstmaß in dem Augenblick erreicht,
wo die Aussparung des Widerlagers den Kolben durchlaufen läßt, wodurch in einem
gewissen Maße die Breite diesEx Aussparung verringert werden kann. Die Umlaufgeschwindigkeit
des Widerlagers wird durch Steuerteile, wie elliptische Zahnräder oder Gestänge,
geregelt. Bei einer anderen bekannten Maschine mit Drehkolben erhält das ringförmige
Widerlager eine schwingende Bewegung, die durch das Antriebsmittel herbeigeführt
wird. Doch nimmt man im Bedarfsfalle auch ein mechanisches Getriebe zu Hilfe, welches
ein Gestänge umfaßt, welches durch einen auf die Maschinenwelle aufgekeilten ' Daumen
gesteuert wird. Dieses Gestänge wirkt auf das Widerlager ein, um es unter Vermittlung
eines Zahnsektors, dessen Bewegung durch den Kolben eines pneumatischen ,Zylinders
gebremst wird, um den gewünschten Winkel zu drehen.
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Alle diese Maschinen weisen den Mangel auf, daß sie eine unbedingte
Übereinstimmung zwischen den Bewegungen des Drehkolbens und des Widerlagers erfordern,
welches trotz seiner großen Winkelgeschwindigkeit und der geringen Breite der Aussparung
den Kolben durchlaufen lassen muß. Der geringste Spielraum zwischen den mechanischen
Teilen, welche das Widerlager steuern, kann leicht die Maschine vollständig außer
Betrieb setzen.
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Dieser Mangel wird nun bei der Drehkolbenmaschine gemäß der Erfindung
dadurch vermieden, daß das Widerlager während jeder Umdrehung in dem Augenblick,
wo es den Kolben durchlaufen lassen muß, unbeweglich gemacht wird. Zu diesem Zwecke
wird das Widerlager unter Vermittlung einer elastischen Kupplung durch einen ununterbrochen
umlaufenden Mitnehmer gedreht und wirkt mit Hilfe von Klinken mit einem Anschlag
zusammen, der das Widerlager während eines Bruchteiles der Umdrehung in einer bestimmten
Lage unbeweglich festhält und dann plötzlich wieder freigibt, so daß die Ausdehnung
der elastischen Kupplung dem
Widerlager eine schnelle Bewegung zuerteilt,
welche sein schnelles Schließen nach dem Durchgang des Kolbens herbeiführt.
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Außer der elastischen Kupplung ist zwischen dem Widerlager und dem
Mitnehmer noch eine starre Kupplung mit einer selbsttätigen Auslösung vorgesehen,
die während des synchronen Mitnehmens des Widerlägers durch den Mitnehmer in Eingriff
ist, aber gelöst wird, wenn das Widerlager durch den Riegel unbeweglich gemacht
wird, und welche das Schwanken des Widerlagers im Falleder Umkehrung der Laufrichtung
der Maschine verhindert.
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Die Zeichnungen stellen eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
beispielsweise dar, und zwar zeigt Fig. i in Vorderansicht die offene Maschine,
welche das Innere eines Teiles der Maschine und im Schnitt die Widerlager-und Steuerungsvorrichtung
veranschaulicht.
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Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch die ganze Maschine.
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Fig..3 zeigt in vergrößertem Maßstabe einen Teil der Fig. 2.
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. Fig. 4 und 5 sind zwei Querschnitte, die die elastische Kupplung
und die starre' Kupplung zeigen.
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Fig.6 und 7 zeigen in Teilansichten das Widerlager in zwei verschiedenen
Stellungen. Fig. 8 und 9 veranschaulichen in vergrößertem Maßstabe- die Druckölabdichtungsvorrichtung
in- Außenansicht und Schnitt.
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In Fig. x und 2 bezeichnet i denMaschinenrahmen, der ein Gehäuse 2
bildet, in welchem auf Kugellagern 3 .eine Welle 4 gelagert ist, die mittels Klemmstücke
5 zwei dünne umlaufende Stahlscheiben 6 trägt. Jede Scheibe 6 besitzt an ihrem Umfang
einen Kolben 7 in Gestalt eines Rundstabstückes, welches mittels zweier Knaggen
8 an der Scheibe 6 befestigt und in einer entsprechend gestalteten Arbeitskammer
9 gelagert ist, die zum Teil in dem Rahmen i und zum Teil in einem zylindrischen,
am Rahmen befestigten Block ja geformt ist.
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Die beiden Kammern 9 besitzen je einen Zulaßkanal io und einen Auslaßkanal
ii, die in die Kammern zu beiden Seiten eines umlaufenden Widerlagers 12 in Gestalt
eines Hohlzylinders münden, der die Rotorscheiben 6 berührt und sich um den Block
ja um eine zur Welle 4 parallele Achse 13 dreht. In der Ebene einer jeden Kammer
9 weist das Widerlager 12 eine Aussparung 1q. auf, durch die der Kolben 7 hindurchlaufen
kann. Die beiden Aussparungen 14 sind ebenso wie die beiden Kolben der Maschine
um 18o0 gegeneinander versetzt.
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Ein auf der Welle 4 aufgekeiltes Zahnrad 15 nimmt ein Zahnrad 16 von
gleichem Durchmesser, welches auf der Achse 13 des Widerlagers 12 sitzt, mit. Die
Nabe 17 des Zahnrades 16 trägt einen radialen Finger 18 (Fig: 3 und 4), zu dessen
beiden Seiten auf einer gebogenen Stange i9 zwei Spiralfedern 2o, 21 angeordnet
sind, die sich gegen die Ansätze zweier Klinken 23, 24 legen, welche bei 25, 26
an einen zyhndrisrh umlaufenden Block 27 angelenkt sind. Dieser Block 27, an welchem
das Widerlager 12 mittels Zapfen 28 befestigt ist, sitzt lose auf der Nabe 17, mit
Bezug auf welche er sich in dem Maße drehen kann, in dem die Federn 2o, 21 es gestatten,
die ihn ebenso wie das Widerlager 12 normalerweise in Synchronismus mit dem Zahnrad
16 mitnehmen.
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Wenn das Widerlager 12 die öffnungsstellung (Fig.6) erreicht, in welcher
seine Aussparung 14 das Durchlaufen des Kolbens 7 von der Auslaßseite der Kammer
9 zur Einlaßseite derselben hin gestattet, wird -es durch einen Riegel 29 angehalten,
der verschiebbar im Rahmen i sitzt und durch eine Feder 30 in die Bahn der
Klinken 23, 24 gepreßt wird. Je nach der Drehrichtung der Maschine tritt die eine
oder andere Klinke, beispielsweise die Klinke 23, in Eingriff mit dem Riegel 29
und hält den Block 27 sowie das Widerlager 12 in der Öffnungsstellung fest. Da das
Zahnrad 16 sich weiterdreht, drückt sein Finger 18 die Feder 2o während der Umlaufszeit,
zu welcher das Widerlager unbeweglich bleibt, zusammen. Sobald der Kolben 7 in die
Aussparung des Widerlagers eingetreten ist, stößt ein Daumen 3i; der von dem Zahnrad
1.6 getragen wird, gegen eine Rolle 32, die auf dem Riegel 29 sitzt, der gehoben
wird und die Klinke 23 freigibt. Die plötzliche Ausdehnung der Feder 2o, die sich
dem Stoß des Fingers i8 hinzufügt, veranlaßt eine schnelle Umdrehung des Blockes
27 und des Widerlagers 12, das sich sofort hinter dem Kolben 7 schließt, bevor dieser
die Einlaßöffnung io freigegeben hat (Fig. 7).
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Das Zahnrad 16 trägt auch zwei Klinken 33, 34 (Fig. 5), die nach entgegengesetzten
Richtungen angeordnet sind und dazu bestimmt sind, mit Zähnen 3,5, 36 des Blockes
27 zusammenzuwirken, um zu verhindern, daß im Falle der Umkehrung der Laufrichtung
der Maschine in einem Augenblick, wo das Widerlager i2 sich nicht in Synchronismus
mit dem Zahnrade 16 dreht, das Widerlager i2 mit Bezug auf den Kolben 7 eine Stellung
einnehmen kann, in welcher diese beiden Stücke Gefahr laufen, hängenzubleiben. Zu
diesem Zwecke tritt, sobald eine Umkehrung der Laufrichtung eintritt, diejenige
der beiden Klinken 33 oder 34, die in der neuen Laufrichtung liegt, mit dem entsprechenden
Zahne 35 oder 36 des Blockes 27 in
Eingriff und nimmt somit das
Widerlager 12 positiv in Synchronismus mit dem Zahnrade 16 und demgemäß mit dem
Kolben 7 während des Bruchteiles der Umdrehung, der dem Anhalten des Widerlagers
r2 vorausgeht, mit. In dem Augenblick, wo das Widerlager 12 durch den Riegel 29
angehalten wird, trifft eine Rolle 37 oder 38, die auf dem Schwanz der mit dem Zahne
35 oder 36 des Blockes 27 in Eingriff stehenden Klinke 33 oder 34 sitzt, auf einen
Daumenvorsprung 39 des Zahnrades 16, der das Lösen der Klinke 33 oder 34 rechtzeitig
bewirkt, um das Widerlager r2 während seiner Anhaltezeit in Freiheit zu setzen.
Wird dann das Widerlager 12 durch den Riegel29 befreit und kehrt es unter.der Einwirkung
der Feder 2o oder 2,1 in Synchronismus mit dem Zahnrade 16 zurück, so tritt die
Klinke 33 oder 34 wieder in Eingriff, um das Schwanken des Widerlagers 12 nach der
Ausdehnung der Feder 2o oder 21 zu verhindern.
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In der veranschaulichten Maschine muß das Widerlager 12, das den beiden
Kaminern 9 gemeinsam ist, zweimal bei jeder Umdrehung anhalten, um bald den Kolben
;7 der einen Kammer 9, bald den Kolben 7 der anderen Kammer 9 durchlaufen zu lassen.
Zu diesem Zwecke können zwei Riegel29 oder zwei Paar Klinken 23, 24 vorgesehen sein,
die, unter 18o° versetzt, auf dem Block 27 angeordnet sind und mit einem einzigen
Riegel 29 zusammenwirken, wie ein solcher auf der Zeichnung veranschaulicht ist.
Ebenso besitzt der Daumen, welcher die Klinken 33, 34 des Zahnrades 16 für das positive
Mitnehmen löst, zwei Paar Daumenvorsprünge 39, um die Klinken 33 und 34 zweimal
bei jeder Umdrehung des Widerlagers r2 zu lösen. Natürlich könnte die Maschine mehr
als zwei Kammern besitzen, die durch ein gemeinsames Widerlager gesteuert werden,
und in diesem Falle würde die Anzahl der Vorrichtungen, welche zum Mitnehmen, Anhalten
und Lösen des Widerlagers dienen, entsprechend vervielfältigt werden. Man kann auch
mehrere Widerlager verwenden, die je mit einer oder mehreren Kammern zusammenwirken.
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Bei einem den beiden Kammern gemeinsamen Widerlager wird die Anhaltezeit
des Widerlagers, die dem Öffnen einer Kammer entspricht, ausgenutzt, um die Ausdehnung
des Treibmittels in der anderen Kammer zu verlängern, die ihrerseits durch das Widerlager
geschlossen ist. Dem schnellen Schließen des Widerlagers in einer Kammer entspricht
das schnelle Öffnen des Widerlagers in der anderen Kammer, was in gleicher Weise
vorteilhaft ist.
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Die Maschine gemäß der Erfindung kann z. B. durch Dampf oder Druckluft
angetrieben werden, die durch einen Steuerschieber 4o und ein Laufumkehrungsventi14r
zugelassen werden. Sie kann auch als Brennkraftmaschine arbeiten, was einige selbstverständliche
Änderungen erfordert, oder als Verdichter oder als Pumpe, wenn die Welle 4 mit einer
Kraftmaschine gekuppelt ist.
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In jedem Falle ist es von Wichtigkeit, daß die Kammern, in welchen
die Kolben arbeiten, vollkommen dicht sind, obgleich jede von ihnen einen ununterbrochenen
ringförmigen Schlitz 42 aufweist, in welchem die Scheibe 6, welche den Kolben 7
trägt, läuft. Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, wird diese Abdichtung durch ringförmige
Verkleidungen bewirkt, die zwischen den Seiten der Scheibe '6 und zwei Flanschen
43 angebracht sind, die die Lippen des Schlitzes 42 verlängern.
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Die Dichtungsverkleidungen sind in mehreren konzentrischen Ringen
in Auskehlungen angeordnet, welche in den Innenflächen der Flansche 43 vorgesehen
sind. Die am Umfang vorgesehene Verkleidung besteht auf jeder Seite der Scheibe
6 aus zwei Ringen 4q., 45 von keilförmigem Querschnitt, zwischen welchen als Keil
ein dritter Ring 46 von dreieckigem Querschnitt wirkt, in welchem in gewissen Abständen
Querkanäle oder Düsen 47 vorgesehen sind. Gegenüber jeder Düse 47 mündet durch den
Flansch 43 hindurch eine Druckölzuführungsleitung 48, die mit einem Kugelventil
49 versehen ist und einer Feder 5o als Sitz dient, welche den Ring 46 in den Zwischenraum
zwischen den Ringen 44, 45 hineinpreßt, um diese gegen die Scheibe 6 zu pressen,
indem der Ring 46 sie nach Art eines Keiles auseinandertreibt. Zu dem Druck der
Federn 5o kommt der Druck des Öles hinzu, welcher auf den Ring 46 einwirkt. Dieses
Öl tritt durch die Düsen 47 zwischen den Ringen 44 45 und der Scheibe 7 ein und
schmiert diese, während es gleichzeitig die Zwischenräume der Verkleidung ausfüllt.
Der Druck des Öles und die Einwirkung der durch die Scheibe 6 auf das Öl ausgeübten
Fliehkraft suchen das 01 in die Kammer 9 hineinzupressen, wodurch jegliches
Lecken des darin befindlichen Treibrriittels nach außen hin verhindert wird.
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Jede der anderen Abdichtungsstufen umfaßt Ringe 51, 52, 53
von keilförmigem Querschnitt und einen hochkantig angeordneten Ring 54. Auf diesen
wirkt der Druck des Öles ein, welches durch Leitungen 55, welche den Leitungen 48
entsprechen, zugeführt worden ist, und der Druck von Federn 56, welche den Federn
5o entsprechen.' Das 01 durchdringt die Ringe 54 und 51 durch Düsen 57, um
die Zwischenräume der Verkleidungen auszufüllen..