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Vielzellendrehkolbenmasthine mit sichelförmigem Arbeitsraum Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vielzellendrehkolbenmaschine mit sichelförmigem Arbeitsraum
und einer Vorrichtung zur Umsteuerung mittels eines Hauptschiebers sowie zur Füllungsänderung
mittels zweier miteinander verbundener Drehschieber. Hierbei sind die Zu- und Ableitungen
für das Treibmittel zwischen den Drehschiebern und dem Arbeitsraum in Einzelleitungen
aufgeteilt.
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Das Hauptziel der Erfindung liegt in einer stetigen Änderung der Füllung.
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Bekannt sind Maschinen, bei denen die zur Änderung des Füllungsgrades
dienenden Steuerkörper aus Schiebern bestehen, die derart zu den Einzelleitungen
angeordnet sind, daß sie durch axiale Bewegung in ihrem Gehäuse alle diese.Leitungen
gleichzeitig öffnen bzw. schließen. Mittels dieser Steuerung sind somit nur zwei
verschiedene Füllungen möglich.
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Bekannt sind ferner Maschinen mit nur einem einzigen Drehschieber
im Gehäuse. Dieser Schieber ist derart zu den Einzelleitungen angeordnet, daß alle
diese Leitungen gleichzeitig freigelegt werden. Auch mit diesem Schieber ist nur
eine Füllung außer einer zeitweise vor sich gehenden Füllung möglich, die jedoch
nicht mittels dieses Schiebers selbst,-sondern nur durch andere besondere Mittel
erreichbar ist. Bei anderen bekannten Maschinen sind die durch einen doppelten Drehschieber
gesteuerten Einzelleitungen in einem konzentrisch im Innern des Gehäuses angeordneten
festen Kern vorgesehen, wobei jedoch dieser Drehschieber nur einige wenige der um
ihn angeordneten Kanäle freilegen kann. Den festen Kern umgibt einoRing mit einem
Kanal, mittels welchem das Druckmittel durch Einzelleitungen in einen sichelförmigen
Raum gelangt, der zwischen diesem Ring und einem exzentrisch zu ihm angeordneten
Läufer liegt, der von einem in ihm gleitenden, mit dem Ring verbundenen Flügel mitgenommen
wird. Dieser Flügel, der radial im Gehäuse steht, das er berührt, besitzt einen
Kanal, durch welchen das im sichelförmigen Raum befindliche Druckmittel in einen
zweiten sichelförmigen Arbeitsraum zwischen dem Läufer und dem Gehäuse gelangen
kann. In allen Stellungen des Doppeldrehschiebers bleibt jedoch die Anzahl der Einzelkanäle,
die dem Druckmittel zur Verfügung stehen, stets dieselbe.
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Bekannt ist auch eine Maschine mit mehreren, jedoch im Läufer angeordneten
Schiebern und einer stetigen Füllungsänderung durch Freilegung einer mehr oder weniger
großen Zahl der im Läufer liegenden Einzelleitungen, wobei das Druckmittel durch
eine 0
Leitung zuströmt, die in dein Gehäuseteil angeordnet
ist, welcher mit dem Läufer in Berührung steht. Solche Maschinen haben den Nachteil,
daß sie für jeden Kolbenflügel einen besonderen Schieber erfordern, wobei a119 Schieber
synchron gesteuert werden inüssA Eine solche umlaufende Steuerung ist infolgedessen
sehr umständlich.
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Bekannt sind schließlich Maschinen mit zwei derart exzentrisch angeordneten
Läufern, daß zwischen ihnen ein sichelförmiger Arbeitsraum entsteht, der durch einen
Kolbenflügel unterteilt ist, welchier gegenüber einem der Läufer gleiten kann und
dabei beide Läufer dreht. Bei diesen Maschinen gelangt das Arbeitsmittel durch eine
im äußeren Läufer liegende Leitung in den Arbeitsraum, der an einem axial beweglichen
Steuerkörper endet, während seinem Inneren das Druckmittel zuströmt. Der Zuströmschlitz
zu diesem Schieber liegt derart geneigt zur Drehachse des Läufers, daß sich durch
seine axiale Verstellung die Zeitdauer ändern läßt, während welcher die im äußeren
Läufer angebrachte Leitung freigelegt wird. Derartige Maschinen haben jedoch den
Übelstand, daß ihre Bauart sehr umständlich ist, zumal sie eine axiale. Dampfzufuhr
in einem Kern benötigen, um welchen sich zwei Läufer drehen müssen.
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Durch die Erfindung lassen sich alle diese Nachteile beseitigen. .Bei
der neuen Maschine sind die Drehschieber nicht im Drehkolben, sondern derart im
Gehäuse angeordnet, daß sie die Zahl der Kanäle, welche mit dem Arbeitsraum in Verhindung
kommen, stetig und nach Belieben zu ändern gestatten.
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Die beiden Drehschieber, welche je für eine der beiden Drehrichtungen
'des Läufers die Zuleitung steuern, sind zugleich so ausgebildet, daß der jeweils
nicht den Einlaß steuernde Schieber zur Steuerung des Auslasses dient. Hierbei muß
die Ausströinsteuerung so angeordnet und ausgebildet sein, daß das Abströmen durch
alle von dem betreffenden Schieber gesteuerte Einzelleitung erfolgt, sobald die
Zuströmung durch die von dem anderen Schieier gesteuerten Leitungen vor sich geht.
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Die Erfindung sieht auch Mittel vor, um selbsttätig das vollständige
Öffnen aller Abströmeinzelleitungen zu erreichen, bevor der Zustrom in den Arbeitsraum
durch eine der Einlaßleitungen beginnt, und zwar muß dies für beide Drehrichtungen
gelten.
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Erreicht wird dies dadurch, daß beide Drehschieber gemeinsam durch
einen Nacken gesteuert werden, der so ausgebildet ist, daß jede der beiden zur Steuerung
eines der Drehschieber dienenden Rollen einerseits mit einem zur Nockendrehacbse
konzentrischen Teil in Berührung kommen kann, während die andere Rolle zii gleicher
Zeit mit einem sich ;;;tief- Mitte nähernden Nockenteil in Berühvr g steht oder
aber mit einem sich von der ';bckenachse entfernenden Nockenteil, wäh-,@.xend die
andere Rolle einen zur Drehachse -konzentrischen Teil berührt, so daß durch die
Steuerbewegungen der Rollen längs der der Nockenachse sich nähernden oder sich von
ihr entfernenden, also der zur Achse nicht konzentrischen Teile die Drehschieber
zunächst das vollständige Öffnen aller Abströmleitungen be«-irken, bevor die Zuströmung
auch nur durch eine der Einlaßleitungen beginnt.
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Auf der Zeichnung sind schematisch als Beispiele zwei Ausführungsformen
der Maschine gemäß der Erfindung dargestellt.
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#Fig. i ist ein Querschnitt nach Linie 1-I der Fig. 2 durch eine als
Kraftmaschine wirkende Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 2 ist ein Längsschnitt nach Linie II-II der Fig. i.
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Fig.3 stellt eine Ausführungsform der Steuervorrichtung dar.
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Fig.4 ist die Abwicklung eines Teiles der Umfangswand des Gehäuses.
Sie zeigt eine zweckmäßige Verteilung der zwischen den Sperrkörpern und der Innenwand
des Gehäuses verlaufenden Leitungen.
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In den Fig. i und 2 ist ein als Gehäuse dienender feststehender Zylinder
2 veranschaulicht, in dessen Innerem eine umlaufende Trommel 5 exzentrisch angeordnet
ist. Die Außenwand dieser Trommel 5 wird durch Flügel 6, .; , 8, 9 und 41 durchsetzt.
Diese Flügel sind mittels Kugel- oder Rollenlager io frei auf einer festen, in der
Achse des Zylinders 2 liegenden Welle i i angebracht. Die Flügel können in Gelenkausbildungen
12 gleiten. Dreht sich die Trommel 5 durch Einwirkung des Treibmittels auf einen.
ihrer Flügel, so ändert sich der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Flügeln.
Die Flügel sind in der mit vollen Linien dargestellten Lage mit 6, 7, 8, 9 und 41
und in einer anderen gestrichelt angedeuteten Stel-lung mit 6", 7",
8", 9" und 41" bezeichnet. Zwei Nachbarflügel stehen am weitesten voneinander
entfernt, wenn sie die Stellung der Flügel ? und 8 einnehmen, während sie am engsten
aneinanderstehen, wenn sie sich in der Stellung 9" und 41" befinden.
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In das Zylindergehäuse 2 mündet eine Leitung 21, der dampf- oder gasförmiges
Treibmittel zugeführt werden kann, und zwar in einem Teil des Zylinders 2, in welchem
sich zwei Nachbarflügel, beispielsweise die Flügel 41 und 6, voneinander entfernen.
In der Leitung 21 liegt ein Drehschieber 42. Zwischen diesem Drehschieber 42 und
der 'Mündungsstelle im Zylindergehäuse besteht diese Leitung
2i
aus einer Anzahl von Einzelleitungen 2ra, die in der Richtung des Umfanges des Zylindergehäuses
2 verteilt sind und die der Drehschieber 42 nacheinander abdecken kann. Diese Einzelleitungen
Zia verteilen sich über den Umfang von einer Stelle in der Nähe der Berührungslinie
der Trommel 5 mit dem festen Zylindergehäuse :2 bis zu der Stelle, an welcher der
Flügel 6 steht. Der Zweck dieser Einzelleitungen Zia wird im folgenden noch ausführlicher
erläutert.
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In das Zylindergehäuse 2 mündet ferner eine Leitung 22, die mit einem
Raum in Verbindung gesetzt werden kann, dessen Druck kleiner ist als der Druck der
durch die Leitung 21 zuströmenden Gase. Diese Leitung 22 mündet beispielsweise in
die Außenluft oder in einen Kondensator. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
steht die Leitung 22 mit der Außenluft in Verbindung. In der Leitung 22 ist ein
Drehschieber 43 angebracht. Zwischen diesem- Drehschieber 43 und der Mündungsstelle
im Zylindergehäuse besteht diese Leitung 22 aus einer Anzahl von Einzelleitungen
22a, die in Richtung des Umfanges des Zylindergehäuses verteilt sind und die der
Drehschieber 43 nacheinander .abdecken kann. Diese Einzelleitungen 22a verteilen
sich über den Zylinderumfang von dem Flügel 9 bis zu einer Stelle in der Nähe der
Berührungslinie der Trommel 5 mit dem festen Zylindergehäuse 2. Der Zweck dieser
Einzelleitungen 22a wird im folgenden noch ausführlicher erläutert.
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Der zwischen dem festen Zylindergehäuse 2 der umlaufenden Trommel
5 und den beiden sich nähernden Flügeln liegende Raum kann mit der Außenluft oder
dem Auspuff von der Stelle, von welcher an sich die Flügel nähern, bis zum Ende
in Verbindung gebracht werden. Diese Verbindung wird beispielsweise zu Beginn der
Annäherung durch eine Öffnung 23 erzielt, welche an der Stelle angebracht ist, an
der sich der Flügel 8 dann befindet. Drehen sich die Flügel in Richtung des Pfeiles
Y, so kommt der Raum zwischen den Flügeln 7 und -8, sobald der letztere die Öffnung
23 überschreitet, mit der Außenluft in Verbindung.
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In diesem Zeitpunkt wird dit Verbindung des Raumes zwischen den Flügeln
8 und 9 mit der Außenluft, die nun nicht mehr durch die Öffnung 23 erfolgt, mittels
der Leitung 22 wieder hergestellt und aufrechterhalten, da der Flügel 9 die erste
der Teilleitungen 22a freilegt. Der Raum zwischen den Flügeln 9 und 41 steht gleichfalls
durch die Leitung 22 mit der Außenluft in Verbindung. Hierbei ist selbstverständlich
vorausgesetzt, daß der Drehschieber 43 in diesem Zeitpunkt die Leitungen 22a geöffnet
hat. Es sei angenommen, daß die Flügel in den Stellungen 6,, 7,-8, 9 und 41 stehen
und daß die Drehschieber 42, 43 alle Leitungen Zia und 22a geöffnet haben. Wenn
ein Druckluftbehälter an eine Leitung 24 angeschlossen ist, so dringt diese Druckluft
nach Durchströmen der Leitung 21 zwischen die Flügel 41 und 6. Sie entspannt sich
und dreht hierbei die Flügel in Richtung des Pfeiles Y. Dieser Zustrom erfolgt bis
zu dem Zeitpunkt, in welchem der Flügel 41 die letzte Zweigzuleitung 21a erreicht
hat, d. h. diejenige, die in Fig. i am weitesten nach links liegt. Die zwischen
den Flügeln 6 und 41 eingeschlossene Luft entspannt sich weiter bis zu dem Zeitpunkt,
in welchem der Flügel 6 diejenige Lage erreicht hat, die in der Zeichnung der Flügel
8 einnimmt, währenddessen der Flügel 41 in der durch den Flügel ? veranschaulichten
Lage steht. Während dieser weiteren Entspannung strömt Druckluft zwischen die Flügel
41 und 9, während die Luft, welche zwischen den Flügeln 7 und.8 eingeschlossen war,
durch die Öffnung 23 und die zwischen den Flügeln 8 und 9 eingeschlossene Luft durch
die Leitung 22 entweicht. Die Drehung der Flügel in Richtung des Pfeiles Y hat auch
eine Drehung der Trommel 5 in Richtung des Pfeiles X bewirkt.
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Um die Trommel in dem der Pfeilrichtung X entgegengesetzten Sinne
zu drehen, l%raucht nur ein Drehschieber so verstellt zu werden, daß die Leitung
22 nicht mehr mit der Außenluft, sondern mit der Leitung 24 in Verbindung kommt,
während die Leitung 21 anstatt mit der Leitung 24 nun mit der Außenluft verbunden
ist. Diese Veränderung in der Schaltung der Rohre kann durch Verstellen eines Doppelkolbens
25 (Fig. 2) in Richtung des Pfeiles Z bis zum Hubende im Zylinder 26 erfolgen, in
welchem dieser Kolben 25 liegt, und dessen beide nach dem Ende zu gelegenen Räume
mit der Außenluft verbunden sind. In dieser neuen Stellung des Doppelkolbens 25
befindet sich der Kolbenkörper 25a zwischen dem Ende 26a und der Leitung 22, während
der Kolbenkörper 25U zwischen dem Zuleitungsstutzen 24 und der Leitung 21 liegt.
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Es sei nun angenommen, daß sich die Flügel wieder in der durch 6,
7, 8, 9 und 41 veranschaulichten Stellung befinden. Die durch die Leitung 22 in
den rechten Teil des Zylindergehäuses 2 der Fig. i zuströmende Druckluft darf nun
nicht mehr durch die Öffnung 23 in die Außenluft entweichen. Um die Verbindung zwischen
der Öffnung 23 und der Außenluft zu schließen, braucht sich nur ein Veriti128 auf
seinen Sitz zu legen, däs in einer Leitung 29 angeordnet ist. Damit die Druckluft
zwischen den Flügeln 7 und 8 entweichen
kann, ist an der Stelle,
an welcher der Flügel ; steht, eine der vorher beschriebenen Öffnung 23 entsprechende
Öffnung 27 vorgesehen. Diese Öffnung 27 steht mit der Außenluft in Verbindung, wenn
ein in einer Leitung 31 angeordnetes Ventil 30 von seinem Sitz abgehoben
ist.
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Der Drehschieber 42 läßt sich in verschiedene Stellungen bringen,
um so die Zahl der Teilleitungen Zia zu ändern, welche er abschließt. Das gleiche
gilt für den Drehschieber 43 gegenüber den Leitungen 22a.
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Da der Treibinittelzustrom in dert Räumen zwischen zwei Flügeln aufhört,
sobald der hintere Flügel alle Leitungsmündungen überschritten hat, die vom Drehschieber
noch offen gelassen worden sind, so ergibt die Steuerung des Drehschiebers ein sehr
einfaches Mittel, um die Stärke des Druckgaszustroms in weiten Grenzen zu ändern.
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Jeder Drehschieber könnte natürlich jeder für sich bewegt werden..
Gemäß der Erfindung sind jedoch Mittel vorgesehen, um sie gemeinsam zu bedienen.
Außerdem ermöglicht die besondere Ausbildung dieser Mittel, je nach der Verstellungsrichtung
des Steuerteiles alle durch einen Drehschieber gesteuerte Teilleitungen freizulegen,
bevor auch nur eine der durch den anderen Drehschieber gesteuerten Leitungen geöffnet
wird.
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Zu diesem Zweck werden die beiden Drehschieber 42 und 43 unter dem
Einfluß eines Nockens 44. (Fig. 3) verstellt, gegen den sich zwei Hebel -1,3 und
46 legen, die auf Zapfen 4511 bzw. 46,1 gelagert sind. Die Hebel stützen sich beispielsweise
mittels Rollen 47 und 48 unter der Wirkung einer sie verbindenden Feder 49 gegen
den Nocken 44. Der Hebel 45 trägt einen Zahnsektor 45b, welcher in ein Zahnrad 5o
greift, das auf dein Zapfen des Drehschiebers 42 sitzt. In gleicher Weise trägt
der Hebel 46 einen Zahnsektor 46b, der mit einem Zahnrad 5 1 zusammenarbeitet,
das auf dein Zapfen des Drehschiebers 43 aufgekeilt ist.
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Steht der Nocken 44 in der durch ausgezogene Linien veranschaulichten
Stellung, so schließen die beiden Drehschieber 42 und 43 alle Einzelleitungen Zia
und 22a ab. Wird der Nocken 44 in Richtung des Pfeiles U gedreht, um ihn in die
gestrichelt gezeichnete Lage zu bringen, so bleiben, da sein Teil 44a zu seiner
Schwenkachse konzentrisch liegt, der Hebel 45 und der Drehschieber 42 unverändert
in ihrer Lage. Dagegen verstellt sich unter der Wirkung der Feder 49 und der durch
sie mit dein Teil 44b in Berührung gelialtenen Rolle 48 der Hebel 46 und nimmt dabei
den Drehschieber 43 in eine Stellung mit, in welcher alle Leitungen 22a geöffnet
werden. Verschiebt man den Nocken 44 in Richtung des Pfeiles U über die gestrichelt
gezeichnete Lage hinaus, so verstellt ein Teil 44d des Nockens den Hebel 45 mehr
und mehr, so daß der von ihm mitgenommene Drehschieber 42 nun die Leitungen 21 mehr
und mehr öffnet. Während dieser Zeit bleiben der Hebel 46 und der Drehschieber 43
unverändert stehen, weil die Rolle 48 an einem zur Drehachse des Nockens 44 konzentrischen
Teil44! anliegt.
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Der Nocken 44 besteht aus zwei zu ihrer Grenzebene konzentrischen
Hälften, so daß, wenn man den Nocken entgegen der Richtung des Pfeiles U aus der
in vollen Linien dargestellten Lage verschiebt, die Drehschieber 42 und 43 in entsprechender
Weise verstellt werden, wie in der umgekehrten Drehrichtung des Nockens 44.
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Die Teilleitungen 2111 sind zweckmäßig in der aus Fig. 4 ersichtlichen
Art unterteilt und angeordnet. Anstatt, wie dies bisher angenommen wurde, sie nur
in der Umfangsrichtung des Zylindergehäuses 2 versetzt anzuordnen, sind sie außerdem
noch in Richtung der Zylindererzeugenden versetzt. Alle Leitungen, mit Ausnahme
der letzten durch die Flügel in Richtung des Pfeiles Y bestrichenen Leitungsmündungen,
sind in Schraubenlinien derart angeordnet, daß dadurch eine erheblich stetigere
Änderung in der Treibmittelzuführung eintritt. Die letzten Mündungen, welche die
Flügel bei ihrer Bewegung in Richtung des Pfeiles Y überschreiten, sind in Richtung
einer Erzeugenden des Zylindergehäuses 2 angeordnet, so daß die beabsichtigte Höchstzufuhr
an Treibmittel in möglichst kräftiger Weise bis zum letzten Augenblick erfolgen
kann, für den sie vorgesehen ist.
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Die Maschine gemäß der Erfindung kann insbesondere auch als Fördermaschine
für den Seilbetrieb in Bergwerken dienen. Ihre Verwendung ist jedoch besonders vorteilhaft
als Kraftmaschine in Fahrzeugen jeder Art, insbesondere auch für Eisenbahnen, da
ihr Anzugsmoment, welches sie auf Grund der Änderung der Treibmittelzufuhr erzeugen
kann, sehr groß ist. Dieser besondere Vorteil ermöglicht es, ihren Raumbedarf und
ihr Ge= wicht gegenüber einer Maschine erheblich zu verringern, welche normalerweise
das zur Aufrechterhaltung der Fahrgeschwindigkeit erforderliche Drehmoment entwickeln
soll.