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Kraft oder Arbeitsmaschine mit einem oder mehreren umlaufenden Zylinderkörpern
Die Erfindung bezieht sich auf Kraft- oder Arbeitsmaschinen mit einem oder mehreren
umlaufenden Zylinderkörpern, .die quer zu ihrer Drehachse liegende Hubräume aufweisen,
in denen hin und her gleitende, gleichzeitig eine Kreisbewegung ausführende Kolben
so angeordnet sind, daß bei einer Umdrehung des Zylinderkörpers um i8o° der Kolben
den Zylinderraum, einmal durchläuft und gleichzeitig eine volle Kreisbewegung ausführt,
mithin wieder in seine Ausgangsstellung anlangt. Der Laufkreis des Kolbens schneidet
hierbei die Drehachse des Zylinderkörpers.
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Bei den bekannten Maschinen dieser Art wurden für die hin und her
gehende und gleichzeitig kreisende Bewegung des Kolbens verschiedenartige Getriebeelemente
vorgeschlagen, die aber stets eine derartig große Kolbenhöhe bedingten, daß im Verhältnis
zur Zylinderlänge nur eine sehr geringe freie Hubhöhe verblieb und somit der vorhandene
Zylinderraum nur mangelhaft ausgenutzt ,werden konnte. So wurden beispielsweise
Bauarten bekannt, bei denen im Maschinengehäuse eine exzentrisch zur Drehachse des
Zylinderkörpers gelagerte Welle angeordnet war, die durch die Kolben hindurchgeführt
wurde und über die sich die Kolben mittels im Kolbeninnern befindlicher Zahnräder-
oder Friktionsgetriebe abwälzten. Ferner wurde u. a. die Verwendung einer gekröpften
Kurbelwelle vorgeschlagen, deren Kurbelarm vom Kolben ebenso wie die vorgenannten
Zahnräder- oder Friktionsgetriebe mit umfaßt werden mußte. Die unverhältnismäßig
große Bauhöhe des Kolbens im Verhältnis zur Zylinderlänge, die meist größer war
als die halbe Zylinderlänge, so daß etwa nur ein Drittel bis höchstens die halbe
Zylinderlänge für den Hub ausgenutzt werden konnte, beeinträchtigte nicht nur allgemein
den Wirkungsgrad, sondern verhinderte auch die praktische Ausnutzung derartiger
Maschinen für Hochleistungskraftmaschinen, wie beispielsweise Expansionsmaschinen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer auf dem
eingangs beschriebenen Grundsatz beruhenden Kraft- ode-Arbeitsmaschine, die sich
gegenüber den bekannten Maschinen durch eine wesentlich vereinfachte Bauart auszeichnet
und bei geringer Kolbenhöhe eine große Hubhöhe, wie sie etwa bei Kolbenkraft- oder
Arbeitsmaschinen mit ruhendem Zylinderkörper erreichbar ist, ermöglicht.
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Dies wird gemäß der Erfindung mittels eines Kurbeltriebes dadurch
erreicht, daß die Arme dieses Kurbeltriebes als in den Wänden des Maschinengehäuses
drehbar gelagerte Abdichtungs- und Lagerscheiben ausgebildet sind und nur die zwischen
den Scheiben angeordneten, von dem Kolben umfaßten Kurbelzapfen im Hubraum eines
jeden Zylinderkörpers gleiten. Die Lagerscheiben sind hierbei also in Wänden, die
die seitliche Begrenzung der Hubräume bzw. Trennwände benachbarter Hubräume bilden,
gelagert, und
zwer derart, daß die Scheibendrehpunkte exzentrisch
zur Drehachse des Zylinderkörpers liegen und die Kurbelzapfen bei ihrer Kreisbewegung
die Zylinderdrehachse schneiden.
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Durch die neuartige Ausbildung der Kurbelarme als Scheiben kann die
Kolbenhöhe mit Bezug auf die Zylinderlänge praktisch beliebig klein und dementsprechend
der wirksame Kolbenhub genügend groß gestaltet werden. Die im Gehäuse lose eingesetzten
Zylinderkörper, welche von ihren kreisenden Kolben in Umdrehung versetzt werden,
sind voneinander durch die Abdichtungs- und Lagerscheiben sowie die Gehäusequerwände,
in denen diese gelagert sind, getrennt.
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Auf der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele der Erfindung eine
Zweizylindermaschine und eine Einzylindermaschine dargestellt, die sowohl als Kraft-
als auch Arbeitsmaschinen, beispielsweise als Pumpen, Kompressoren, Flüssigkeitsmotoren
und als Motoren für gasförmige Treibmittel Verwendung finden können.
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Abb. i zeigt die Zweizylindermaschine im Längsschnitt und Abb. 2 im
Querschnitt.
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Abb.3 stellt die Maschine nach Abb. i und 2 mit abgehobenem Oberteil
des -Maschinengehäuses schaubildlich dar.
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Abb. q. veranschaulicht eine Einzylindermaschine.
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Abb. 5 zeigt schematisch vier aufeinanderfolgende Stellungen der beiden
Zylinderkörper nebst der. Stellung ihrer Kolben nach Abb. i und 2.
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Abb.6 zeigt schaubildlich einen Zylinderkörper mit Kolben in zwei
verschiedenen Stellungen.
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Wie aus Abb. i, 2 und 3 ersichtlich, sind in dem Gehäuse i der Maschine,
das durch einen Deckel2 geschlossen wird, bei vorliegender Ausführung zwei Zylinderkörper
3, q. drehbar eingesetzt. Letztere weisen je eine diametrale Ausnehmung 5 bzw. 6
auf, die sich im rechten Winkel kreuzen. Auf diese Weise werden in jedem . Zylinderkörper
3, q. zwei parallel laufende Gleitflächen 7, 7' bzw. 8, 8' erhalten. Im Gehäuse
i ist ferner der Kurbeltrieb gelagert, der in der vorliegenden Ausführung aus zwei
Kurbel-bzw. Kolbenzapfen 11, 12, den aus den Seitenwänden des Gehäuses austretenden
Zapfen 9, io und den Abdichtungs- und Lagerscheiben 13, 1d., 15 besteht. Letztere
sind im Gehäuse i bzw. die Scheibe i,¢ in der mittleren Trennwand derart exzentrisch
zwischen den Zylinderkörpern 3, q. drehbar gelagert, daß der Laufkreis der beiden
Kurbelzapfen 11, 12 die Zylinderachsen schneidet. Auf dem Zapfen 1o des Kurbeltriebes
ist eine Antriebsscheibe 16 festgekeilt; der Zapfen 9 ist für eine zweite Riemenscheibe
oder zum Verkuppeln mit einer zweiten Maschine gedacht und kann selbstverständlich
auch fortbleiben. In den Ausnehmungen 5, 6 der Zylinderkörper 3, ¢ sind je ein Kolben
3' bzw. .4' eingesetzt, die unmittelbar auf den Kurbel-bzw. Kolbenzapfen 11, 12
drehbar aufsitzen. Diese Kolben gleiten abgedichtet zwischen Flächen 7, 7' bzw.
8, 8' der Zylinder- oder Hubräume 5, 6 und den Gehäusewänden, die zum Teil von den
Kurbeltriebscheiben 13, 1q., 15 gebildet werden. Die Kolben und ihre Zylinderräume
können auch einen anderen, etwa einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Die Zylinderkörper
3, 4 besitzen ferner je eine Umfangsverzahnung 17 bzw. i8, in die je ein Zahnrad
i9 bzw. 2o eingreift. Letztere sind auf einer in einer Gehäusekappe 21 gelagerten
kurzen Welle 22 aufgekeilt. Das Maschinengehäuse ist in bekannter Weise mit Eintritts-
bzw. Austrittsstutzen 23 bzw. 24 versehen. Nachstehend die Wirkungsweise der Maschine
bei Verwendung als Pumpe: Aus der Abb. 5 sind vier Stellungen der Kolben 3', 4'
ersichtlich, wobei die zeitlich zusammenfallenden Stellungen dieser Kolben übereinander
dargestellt sind. In der Stellung A befindet sich der Kolben 3' in seiner höchsten
Stellung zwischen der Saug- und Druckseite des Gehäuses i, so daß er weder mit dem
Saugstutzen 23 noch mit dem Druckstutzen 24 des Gehäuses in Verbindung stellt. Bei
der Drehung der Zylindertrommel 3 im Sinne entgegengesetzt der Uhrzeigerbewegung
gelangt dieser Kolben in die Stellung B, wobei die obere Fläche des Kolbens auf
die Saugseite der Pumpe gelangt und der Kolben gleichzeitig eine Einwärtsbewegung
im Zylinderraum 5 des Zylinderkörpers 3 ausführt, wodurch Flüssigkeit in den oberen
Teil dieses Raumes gesaugt wird. Ferner gelangt gleichzeitig der untere Teil des
Zylinderraumes 5 mit dem Druckstutzen 24. in Verbindung, so daß sein Flüssigkeitsinhalt
durch die untere Kolbenfläche herausgedrückt wird. Diese Bewegung des Kolbens wird
bei der weiteren Drehung des Zylinderkörpers 3, ,vie üie Stellungen C und D zeigen,
fortgesetzt, bis er wieder seine höchste wirkungslose Stellung A einnimmt. Der andere
Kolben _' hat hierbei die gleiche Arbeit geleistet, nur sind seine Stellungen gegenüber
denjenigen des Kolbens 3' immer um iSo° versetzt. Auf diese Weise wird die angesaugte
Flüssigkeit in einem ununterbrochenen Strahl angesaugt und herausgedrückt.
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Die Drehung der Zylinderkörper geschieht zwangsläufig durch die kreisende
Bewegung der Kolben, wobei diese Drehbewegung der Körper durch ihre gegenseitige
Verkupplung unterstützt wird. Die Zylinderkörper haben
eine halbe
Umdrehung ausgeführt, wenn ihre Kolben einen vollen Kreislauf ausgeführt haben,
wobei jeder Kolben seinen Zylinderraum einmal durchlaufen hat.
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Die Maschine kann sowohl einen Zylinderkörper als auch beliebig viele
Zylinderkörper aufweisen. Bei der Ausführung der Maschine nach Abb. 4 ist z. B.
nur ein Zylinderkörper 3 vorgesehen. Zwecks Verhinderung des Drehens des Zylinderkörpers
bei in seiner Drehachse unbeabsichtigter Weise stehengebliebenem Kolben 3' ist eine
Verkupplung des Zylinderkörpers mit dem Kurbeltrieb vorgesehen. Zu diesem Zweck
erhält der Zylinderkörper 3 wieder eine Außenverzahnung 17, die mittels zweier verschieden
großer, auf einer gemeinsamen Welle 26 befestigter Zahnräder 27, 28 mit einer Verzahnung
29 der einen Kurbeltriebscheibe 14 gekuppelt ist.
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Der bei Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips erzielte Fortschritt
hinsichtlich des großen Kolbenhubes gestattet nunmehr, den vorliegenden Maschinentyp
auch für Expansionskraftmaschinen, insbesondere Dampfmaschinen, mit Erfolg auszunutzen.