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Drehkolbenmaschine mit exzentrischer Lage von Ständer und Läufer Die
Erfindung betrifft Drehkolbenmaschinen. Sie kennzeichnet sich dadurch, daß bei exzentrischer
Lage von Ständer und Läufer zueinander die aufeinanderfalgenden Kammern durch lose
Walzen getrennt und abgedichtet sind, die aufeinander und j e nach der Anordnung
auch an der Gehäusewand oder der Welle abrollen. Die bekannten Drehkolbenmascbinen
dichten die aufeinanderfolgenden Kammern durch radial geführte Trennungswände ab,
die an der Gehäusewand in voller axialer Länge oder auf Arbeitsleisten schleifen.
Auch ist vorgeschlagen worden, einen S,perrflüssigkeitsring als Abdichtung an die
Gehäusewand zu schleudern. Es ist jedoch mit keiner der bekannten Maßnahmen gelungen,
die an den Dichtungsstellen auftretenden Widerstände namentlich bei höheren Drehzahlen
so weit zu vermindern, daß die Drehzahl praktisch nicht mehr ungünstig beeinflußt
wird. Gemäß der Erfindung besteht der Drehkolb:enförderer aus Gruppen durchweg loser
Walzen, unter welchen die Walzen einer der Gruppen dauernd mit dem Ständer und die
Walzen einer anderen Gruppe dauernd mit dem Läufer in Berührung stehen, während
jede dieser Walzen andererseits zwei Walzen einer anderen Gruppe ständig berührt.
Sind mehr als zwei Walzengruppen angeordnet, dann berühren die Walzen der nicht
unmittelbar am Ständer oder am Läufer liegenden Gruppen beiderseits nur Walzen der
Nachbargruppe. Die neue Anordnung vermindert durch die Einführung der rollenden
Reibung an Stelle der gleitenden Reibung oder an Stelle der Flüssigkeitsreibung
die Reibungsverluste derart, daß schon dadurch allein höhere Drehzahlen als bisher
bei guter Wirtschaftlichkeit ausführbar werden; dieser Vorteil wird dadurch noch
gesteigert, däß das Abrollen der Walzen aufeinander neben dem Dichtungszweck gleichzeitig
zur Leistungsübertragung und nicht zuletzt als übersetzungsgetrieb:e nutzbar gemacht
ist. Zum besonders sicheren Ausschließen jeglichen Gleitens können auch besondere
Vorkehrungen getroffen, z. B. Verzahnungen angeordnet sein.
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Die Maschine kann als Kraft- und als Arbeitsmaschine betrieben werden.
Eine besonders vorteilhafte Anordnung für beide Betriebsweisen wird erzielt, wenn
mehrere Maschinen mit Walzengruppen entlang eines gemeinsamen Läufers angeordnet
sind wie die Kurbeltriebe einer Mehrkurbelmaschine ientlang der Mehrkurbelwelle.
Die Bewegung kann in. jedem Falle je nach Zweckmäßigkeit an der Welle oder am Gehäuse
als Läufer abgenommen oder zugeführt werden. Ist das Gehäuse der Läufer, dann ist
die sonst als Welle arbeitende Achse der Ständer.
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Einige Ausführungsbeispiele für die Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt. Abb. z zeigt einen Querschnitt durch eine der Erfindung entsprechende
Arbeitsmaschine mit ruhendem Gehäuse als Ständer und umlaufender Welle. ' Abb. 2
ist ein Längsschnitt zur Abt. i.
Abb.3 zeigt einen Querschnitt durch
eine umgekehrt ausgeführte Maschine, bei welcher das Gehäuse als Läufer und die
sonst als Welle umlaufende Achse als Ständer angeordnet ist.
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Abb. q. ist .ein' Querschnitt zur Abb. 3. Abb. 5 und 6 sind Querschnitte
durch eine ' Maschine mit ruhendem Gehäuse imd umlaufender Welle.
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Abb. 7 zeigt in Stirnansicht eine Anordnung von drei der Erfindung
entsprechenden Maschinen, welche eine durchgehende Welle als gemeinsamen Läufer
haben.
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A@bb. 8 ist eine Seitenansicht zur Abb. 7. Bei allen dargestellten
Beispielen ist seine Welle a exzentrisch in einem Gehäuse d angeordnet, und zwischen
beiden liegen wenigstens zwei Walzengruppen bi, b2, b3, b4 und cl, c2, c3,
c4, wobei die Walzen der b-Gruppe sämtlich die Welle a und die Walzen der c-Gruppe
sämtlich das Gehäuse d berühren. Mit ihrer von :der Welle bzw. vom Gehäuse abgekehrten
Seite berührt jede b-Walze zwei c-Walzen, und umgekehrt. Jede der dargestellten
Walzen ist also in drei Erzeugenden ihres Umfanges gestützt und jederzeit eindeutig
in ihrer Lage bestimmt. Die Anzahl der Walzengruppen ist grundsätzlich beliebig
von zwei aufwärts. Die Zwischenräume zwischen den Walzen. sind die Arbeitskammern
der Maschine, wobei in der Kreisflucht jeder Walzengruppe .ebensoviel Arbeitskammernwie
Walzen liegen. An den Stirnseiten der Walze ist das Gehäuse und damit zugleich auch
die Arbeitskammern durch Frontwände f geschlossen. Für das Kraft- oder das Fördermittel
sind Einlässe e1 und Auslässeä2 an dem jeweils ruhenden Teil oder am Ständer der
Maschine angeordhet.
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Wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i und 2 die Welle a mittels
der in Abb. 2 rechts dargestellten Riemenscheibe @entgegengesetzt zur Bewegung des
Uhrzeigers gedreht, wie der .in Abb. i in den Wellenquerschnitt eingezeichnete Pfeil
anzeigt, dann drehen sich die daran anliegenden Walzen bi, b2, bg und b4 infolge
der Abwälzung entgegengesetzt dazu im Sinne des Uhrzeigers und übertragen die Drehung
unter abermaliger Umkehrung weiter an die Walzen. cl, c2, c3 und c4, so daß sich
diese wie der Läufera in Gegenzeigerrichtung um ihre Achsen drehen und im Zeigersinnauf
der Innenwandung des ruhenden Gehäuses d abrollen. Dadurch ist zugleich ein Umlaufen
der ganzen Walzenanordnung im Uhrzeigersinn gegeben. Die gegenseitigen Abstände
der Walzenmitten nehmen dabei auf einer Seihe der durch die Achsen von Ständer und
Läufer bestimmten Ebene regelmäßig zu und auf der anderen Seite dieser Ebene wieder
ab, und entsprechend ändert sich bei jeder der Kammern der Rauminhalt periodisch
innerhalb jedes vollen Umlaufs der ganzen Walzenanordnung. Bei dem Beispiel nach
Abb. i verkleinern sich die Kammern jedesmal beim Durchlaufen der linken. Seite
der Maschine, während sie sich auf der rechten Seite vergrößern. Wie Abb. i zeigt,
ist der EinlaB e1 für dass beim Betrieb als Arbeitsmaschine zu fördernde Mittel
am Gehäuseumfang rechts unten angeschlossen, wo der-Abstand zwischen-den vorüberrollenden
c-Walzen regelmäßig groß ist, während der Auslaß e2 nahe der Stelle des kleinsten
Walzenabstandes links oben liegt. Bei der dargestellten Lage der Walzen rollt die
Walze c3 gerade über den unteren Rand des Zuflusses e1 und schließt die Kammer c4-c3
dadurch gerade vom Zufluß ab, während die voraufgehende Kammer c4-cl bereits finit
der vollen Auslaßöflnung e2 in Verbindung steht und ihren Inhalt infolge ihrer fortschreitenden
Verldeinerung in den Auslaß drückt. Sobald die Walze e4 den unteren Rand des. Auslasses
e2 überschreitet, ist die Kammer c3-c- in gleicher Weise an den Auslaß angeschlossen,
bis die Walze c3 über die öffnung e2 hinweg die in der Zeichnung für c1 dargestellte
Lage erreicht hat und die Kammer c4-cl vom Auslaß ,e2 abschließt. Inzwischen hat
rechts die Walze c2 den oberen Rand der Einlaßöffnung e1 überschritten, so daß die
Kammer c2-cl durch ihre Vergrößerung beim Weiterdrehen neue Mengen Förderguts anzusaugen
vermag, während sie vor dem Einlaß vorüberzieht, bis die auf c2 folgende Walze cl
die in der Abbildung für c3 gezeichnete Lage erreicht und die Kammer vom Zufluß
ei wieder abschließt. Die Walzec2 ist dann in der für c4 gezeichneten Lage, und
die gefüllte Kammer nähert- sich nun als Druckkarmner wieder dem Druckstutzen e2.
So arbeitet die Maschine als Drehkolbenförderer, wobei rechts die Saugseite undlinks
die Druckseite ist. Wenn die Anzahl der Walzengruppen gerade ist, beispielsweise
zwei, wie in Abb. i und 2 angenommen, dann ist die Drehrichtung der Maschine derjenigen
der Antriebsmaschine entgegengesetzt, und bei dem dargestellten Antrieb von der
Welle aus ist die Umlaufgeschwindigkeit der Förderkammern zwischen den Walzen entsprechend
den gewählten Walzendurchmessern gegenüber der Drehzahl an der Riemenscheibe ins
Langsame- übersetzt, ohne daß es besonderer Getriebe bedarf. Die Kammern zwischen
den inneren b-Walzen vergrößern und verkleinern sich in gleicher Weise, wie es für
die äußeren Kammern zwischen den c-Walzen beschrieben ist, und können unabhängig
von den äußeren Kammern nutzbar gemacht werden.
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Bei dem Beispiel nach den Abb. 5 und 6 ist der oben linksoin der Nähe
des kleinsten
Kammerinhalts angeordnete Stutzen Einläß e1 für ein
unter Spannung stehendes Treibmittel, und der rechte Stutzen ist Auslaß e2 für das
entspannte Mittel. Wird das Treibmittel bei ei in die gerade vor diesem Einlaß befindliche
Kammer cl-c4 reingelassen (Abb.5), dann sucht es sich durch Auseinandertreiben der
Walzen cl und c4 zu entspannen und erteilt damit der gesamten Walzenanordnung das
Bestreben, sich im Sinne einer Vergrößerung der Kammer, d. i. entgegen dem Uhrzeiger
zu drehen; die Welle a müßte sich als Läufer dann mit dem Uhrzeiger drehen, wie
der in den Wellenquerschnitt eingezeichnete Pfeil andeutet. Zugleich übt die Spannung
des Treibmittels infolge der Exzentrizität zwischen Ständer und Läufer auf die Welllea
ein Drehmoment aus, welches mit dem über die c-Walzen ausgeübten Drehimpuls gleichsinnig
ist: Die Richtung des von der Innenwandung des Ständers /- ausgehenden Gegendrucks
geht durch dessen Achse und infolge des bei dem dargestellten Beispiel durchweg
symmetrischen Kammerquerschnitts zugleich durch die Achsen der b-Walzen, wie ebenfalls
durch Pfeile im Querschnitt der letzteren veranschaudicht; durch die verschieden
bemessene Länge dieser Pfeile ist zugleich veranschaulicht, daß der Gehäusegegendruck
je nach der Lage der Kammern verschieden groß ist und daß nach Abb. 6 zugleich der
größte dieser Druckpfeile mit dem größten Hebelarm, nämlich mit der vollen Exzentrizität
an den Läufer als Hebelarm angreift, und zwar im Uhrzeigersinn. Im einzelnen ist
der Arbeitsgang gerade umgekehrt wie bei dem Beispiel nach den Abb, i und a. Das
unter Druck bei e1 eintretende Mittel dreht die Walzenanordnung im Gegenzeigersinne,
wobei es sich fortschreitend entspannt, und verläßt die Maschine in weitgehend entspanntem
Zustande durch den S.tutzene2, sobald die in der Drehrichtung vordere Walze der
jeweiligen Kammer den unteren Rand des Auslaßstutzens überschreitet; auf der rechten
Seite der Maschine werden die Kammern wieder enger, worauf sie dann links von neuem
unter den Druck frischen Treibmittels gesetzt werden, sobald die vordere Walze den
oberen Rand des Einlaßstutzens e1 überschreitet. Die von der Wellea abzunehmende
Drehbewegung ist hier dem Umlauf der c-Walzen gegenüber ins Schnelle überübersetzt,
und ebenso wie bei dem Beispiel nach den Abb. i und z können die Kammern zwischen
den b-Walzen unabhängig von den Kammern zwischen den äußeren -Walzen. nutzbar gemacht
werden.
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Auch _der Druck, der auf die rechts vom Läufer Läufera liegenden Walzenbi
und b2 (Abb. 5) über die nicht unter dem vollen Druck des Treibmittels stehenden
Walzen und das Gehäuse sprengwerkartig .übertragen wird, kommt der Umlaufbewegung
zugute, denn die Walzen können in der Richtung zunehmender Exzentrizität zwischen
Ständer und Läufer auf dem Läufer abrollen, ohne ein Drehmoment auf diesen auszuüben.
Dies ist besonders für das Anlaufen günstig, weil das Anlaufen der .rechts liegenden
Walzen auf diese Weise von der Drehung des Läufers weniger abhängt und die -Umfangsreibung
zugleich dazu beiträgt, den Läufer im Uhrzeigersinne in Drehung zu setzen.
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Abb.6 zeigt die Walzenanordnung nach einer kurzen Weiterdrehung gegenübler
der in Abb. 5 dargestellten Lage. Die Walzen b1 und b3 liegen hier ungefähr in der
Mittelpunktzentrale von Ständer und Läufer.
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Bei dem Beispiel nach den Abb.3 und q. ist eine der Frontwände als
Flanscht an der Wellea ausgeführt und ruhend gelagert, so daß die Welle a der Ständer
der Maschine ist. Die andere Frontwand schließt fest auf -das Gehäuse d auf, welches
den Läufer bildet, und läuft mit diesem um. Das Gehäuse ist über die ruhende Frontwand
hinaus verlängert und auf deren Außenseite auf einem an die Frontwand angegossenen
Zapfen gelagert, der seinerseits frei tragend. in eine Stütze eingespannt ist. Die
Aus- und Einlässe e1 bzw. e2 für das zu fördernde. Mittel oder das Treibmzttel sind
-in der ruhenden Frontwand angeordnet, und die zugehörigen Leitungen durchsetzen
den frei tragenden Zapfen und die Stütze. Die auf dem Zapfen gelagerte Gehäuseverlängerung
ist bei dem dargestellten Beispiel als Riemenscheibe gallig ausgeführt. Als Arbeitsmaschine
wird die Maschine am galligen Teil des Gehäuses d entgegen der Richtung des Uhrzeigers
angetrieben, wie der äußere Pfeil in Abb. 3 zeigt. Die Walzen führen dann, während
sie im ganzen im Uhrzeigersinn umlaufen, einzeln die durch Pfeile in Abb.3 bezeichnetem
Eigendrehungen aus, welche mit denjenigen nach Abb. i übereinstimmen; auch die Arbeitsweise
der Kammern und die Förderwirkung sind dieselbe, wie in Verbindung mit Abb. i und
z beschrieben, dagegen wird die Drehung der Riemenscheibe am Läufer bei dem Beispiel
nach Abb.3 und ¢ ins Schnelle übersetzt. Beim Betrieb als Kraftmaschine tritt das
Treibmittel umgekehrt durch die Öffnung e2 ein und die Öffnung e1 aus, und alle
Bewegungsrichtungen sind den in Abb.3 eingezeichneten Pfeilen entgegengesetzt, wie
im ,einzelnen im Zusammenhang mit den Abb. 5 und 6 beschrieben. Bei Bewegungsabnahme
vom Gehäuse d als Läufer ist bei der dargestellten Anordnung die Umlaufbewegung
von den Walzen zum Gehäuse ins Langsame übersetzt. Bei
beiden Betriebsweisen
können, auch hier die Kammern zwischen b-Walzen unabhängig von den äußeren Kammern
nutzbar gemacht werden.
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Die Anordnung mehrerer Maschinen entlang eines gemeinsamen Läufers,
für welche dieAbb. 7 und 8 ein Beispiel zeigen, hat beim Erfindungsgegenstand den
besonderen Vorteil, daß sie zu, einer Vereinfachung der Lagerung führt. Bei dem
dargestellten Beispiel von drei Maschinen mit gegenseitig versetzter und gegenseitig
gesicherter Exzentrizität ist die ständige Lage des Läufers durch die verschiedenen
Walzengruppen eindeutig bestimmt, ohne Ausführung besonderer Lager und ohne Sicherungen
der exzentrischen Lage von Ständer und Läufer zueinander bei den Einzelmaschinen.
Der Zapfen, der für die Kraftzufuhr oder -abnahme rechts aus dem Gehäuse herausgeführt
ist, braucht nur auf Verdrehung beansprucht zu werden und kann entsprecheoa:dgeringenDurchmesserhaben.
Neben. der Gewichtsersparnis, die- mit dem Fortfall jeder besonderen Lagerung verbunden
ist, hat die dargestellte Anordnung den Vorteil erhöhter - Wirtschaftlichkeit, weil
das Vorhandensein nur einer Stopfbüchse, die dazu noch von besonders geringem Durchmesser
ist, Druckverluste .und die notwendige Wartung auf ein Mindestmaß verringert. Die
sichere Lagerung des Läufers ohne besondere bauliche Vorkehrungen beruht darauf,
daß der Druck der Walzen beim Erfindungsgegenstand dauernd bestrebt ist, die Exzentrizität
zwischen. -Ständer und Läufer zu vergrößern, so daß der Lagergegendruck ständig
in der - durch die Achsen von Ständer und Läufer bestimmten Ebene im Sinne einer
Verkleinerung der -Exzentrizität gegeben ist. In der Projek.on nach Abb. 7 ergibt
sich so eine Dreipunktstützung des Läufers, und die axiale Versetzung der Stützungen
wird dadurch ausgeglichen, daß der Läufera jedesmal auf der vollen Länge der jeweiligen
Einzelmaschine eingespannt ist. So, ist die Lagerreaktion jedex beliebigen Einzelmaschine
der Anordnung Anpreßdruck, für die anderen Einzelmaschinen, und für den auf jede
Einzelmaschine entfallenden Läuferanteil wirken die Walzen der übrigen Einzelmaschinen
als Rollenlager. Wie die Einzelmaschinen nach den -Abb. i bis 6 kann auch die' Mehrfachanordnung
als Kraftmaschine und als Arbeitsmaschine betrieben werden, und die Mehrfachanordnung
pst in beiden Fällen dadurch besonders anpassungsfähig, daß ihre Einzelmaschinen
parallel und hintereinandergeschaltet werden können.