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Drehkolbenmaschine mit in Nuten einer umlaufenden Kolbentrommel quer
zur Drehebene verschiebbaren Kolbenflügeln Gegenstand der Erfindung ist eine Drehkolbenmaschine,
bei welcher in Nuten einer Kolbentrommel quer zur Drehebene verschiebbare Kolbenflügel
vorgesehen sind, die mit ihren von der Mitte der Trommel nach außen verlaufenden
Kanten .an Daumenflächen der Gehäusestirnwände zwangsläufig geführt werden.
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Bei den bisher bekannten Maschinen dieser Art waren die nach außen
laufenden Kanten der Kolbenflügel parallel ausgebildet, so daß die Kolbenflügel
infolge der Fliehkraftwirkung sich mit ihrem vollen Gewicht an die Mantelfläche
des Gehäuses legten. Dadurch wird die Reibung und Abnutzung an den äußeren Enden
der Flügel und an der Glehäuselauffläche unverhältnismäßig groß. Da. die Flügel
dabei nach außen gleiten können, so wird wohl die dichte Führung am Umfang des Drehkolbens
gesichert. Die parallelen Seitenkanten der Kolbenflügel unterliegen jedoch ebenfalls
einer starken Abnutzung durch die Daumenstirnflächen der Gehäuse. Hier ist bei einem
festen Flügel kein Ausgleich möglich, so daß die Kolbenflügel nach kurzer Zeit undicht
werden, wenn man nicht besondere nachgiebige Dichtungsmittel an den Stirnflächen
der Flügel anwendet. Diese Dichtungsmittel sind sehr empfindlich und machen die
Drehkolbenmaschine für torreine Betriebsmittel ungeeignet. U m diese Mängel zu vermeiden,
werden nach der Erfindung die von der Mitte nach außen verlaufenden Kanten der in
b@ezug auf die Kolbentrommel nach .außen verschiebbaren Kolbenflügel nach außen
gegeneinander geneigt und geradlinig, konkav oder konvex gewölbt ausgeführt.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, daß bei richtiger Bemessung der Neigung
der Is,olbenflügelkanten die Abnutzung .an der Mantellinie und ,an den radialen
Kanten so gleichmäßig erfolgt, daß die Kolbenflügel ständig lohne Anwendung von
irgendwelchen besanderen Dichtungsmitteln abdichten.
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Die Drehkolbenmaschine nach der Erfindung besitzt infolgedessen einen
weicheren Arbeitsgang und läßt sich gut auswuchten, so daß sie auch mit hohen Drehzahlen
ohne nennenswerte Schwingungen läuft.
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Auf der Zeichnung zeigt Fig. i einen waagerechten Schnitt durch die
Maschine, Fig. 2 und 3 je eine schaubildliche Ansicht der Gehäusestirnwände, Fig.
q. eine schaubildliche Ansicht der K lolbentrommel, Fig.5 eine Oberansicht der zusammengesetzten
Stirnwände und der Kolbentrommel mit geschnittenem Gehäuse, Fig. 6 eine schaubildliche
Ansicht des Gehäuses,
Fig.7 einen Schnitt durch die Kanalführung
im Gehäuse, Fig.8 eine schaubildliche Ansicht eines Flügelkiörp;ers, Fig. 9 einen
senkrechten Längsschnitt durch die Maschine mit teilweise weggebrocheleer;, Kolbentrommel,
um die Durchlaßöffnungieh -und ihre Anordnung in bezug auf die zusanimenarbeitenden
Daumenflächen zu erläutern, Fig. i o einen Schnitt nach Linie i o- i o der Fig.
9, Fig. i i eine Ansicht einer der Daumenführungsflächen, die schematisch die Stellung
der Flügel zu den Öffnungen während eines Teiles eines Umlaufes der Kolbentrommel
zeigt, Fig.12einen senkrechten Schnitt durch eine nur wenig abgeänderte Form der
Maschine, Fig. 13 :eÜve Oberansicht derselben ähnlich Fig. 5, Fig.14 und 15 Ansichten
abgeänderter Flügelformen.
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Die Bezeichnung Drehkolbenmaschine soll sich beziehen: i. auf Wasserkraftmas.chinen,
2. auf Maschinen zur Verdichtung von Gasen, 3. auf Maschinen zum Fördern
von Flüssigkeiten und 4. auf Maschinen für Meßzwecke.
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Die Maschine besitzt ein Gehäuse 15, das eine Flügellauffläche i 5a
besitzt. Die Enden .des Gehäuses i 5 sind durch abnehmbare Dekkelköpfe 16 verschlossen,
deren innere Flächen ringförmige Flügelgleitdaumenflächen 17 besitzen. Im Gehäuse
15 ist konzentrisch zwischen den Daumenflächen eine Kolbentrommel 18 angeordnet,
in der Flügel i 9 sitzen, die seitlich verschiebbar sind und sich entlang der Lauffläche
i 5a bewegen.
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Das Gehäuse i 5 besteht aus einem hohlen Körper, dessen Endöfnungien
durch die vorerwähnten Deckel 16 geschlossen werden können. Die innere zylindrische
Wand 21 des Gehäuses 15 bildet mit der äußeren - zylindrischen Wand 22 des Gehäuses
15 eine verbindende ringförmige Kammer 23, in die an gegenüberliegenden Seiten Ein-
und Auslaßrohre 24 bzw. 25 führen. Die Kammer 23 ist durch Qu:envände 26 unterteilt,
um zwei getrennte Kammerteile 27 und 28 zu bilden, wobei in die erstere das Einlaßrohr
24 führt (Fig. 9) und Einlaßschlitze 29 in der Wand 21 vorgesehen sind. In gleicher
Weise schließt sich an die Kammer 28 das Auslaßrohr 25 an, und Auslaßgchlitze
30 verbinden die Kammer 28 mit dem Gehäuseinnern durch die Wand 21 hindurch.
Das Treibmittel tritt in die Kammer 23 ,durch das Rohr 24 ein, geht durch die Schlitze
29 zum Innern der Maschine, dann zu den Auslaßschlitzen 30 und von hier zum
Auslaß 25 des Gehäuses.
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Die gleichartig ringförmigen Flügelführungsdaumen 17 sind mit einander
gegenüberstehenden Abschlüssen 32 und 33 von ,gleicher Flächengröße versehen, die
kurven-#'förmige Teile 34 und 35 von gleicher Flächengröße besitzen.
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Die Daumen 17 umschließen Ein-,Lind Auslaßkanäl.e 36 und 37, welche
einerseits mit den zugehörigen Üffnungen 29 und 3o in der Gehäusewand 21, andererseits
mit öffnungen 37R und 38 in den Flächen 34 und 35 Verbindung stehen. Die Mitten
der öffnungen 38 stimmen mit der Berührungslinie zwischen den Kurven 34 und der
Höhe der Abschlüsse 33 überein. Dies sichert die volle Verdrängung des Treibmittels
durch die Auslaßöffnung der Maschine.
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Die Nabe 39 der Kolbentrommel 18 ist mittels Federkeils bei 40 (Fig.9,
io) auf der Achse 41 befestigt. Die Kolbentrommel i 8 ist mit radialen Schlitzen
42 für die Kolbenflügelig versehen, von denen im vorliegenden Ausführungsbeispiel
vier vorgesehen sind, und hat kegelige Stirnflächen 43, deren Neigung derjenigen
der Daumenflächenentspricht.
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Die Nabe 39 ist in der Achsenrichtung mit Vorsprüngen 44 (Fig. 4)
versehen, die eine Stirnfläche 45 besitzen. In der Nabe 39 sind an .den Stirnflächen
45 endende Nuten 46 vorgesehen, welche gestatten, daß die Flügel i 9 sich sowohl
axial entsprechend den Daumen 17 als auch radial verschieben können, so daß ihre
Dichtungskanten, die parallel zur Wand 21 liegen, sich gegen die innere Lauffläche
dieser Wand ohne Undichtigkeit legen und trotzdem die axiale Bewegung der Flügel
und den Ausgleich der Abnutzung an den reibenden Flächen gestatten.
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Die Flügel i 9 können aus gleichen viereckigen trapezförmigen Lamellen
bestehen, deren lange 1md kurze Kanten 48 bzw. 47 parallel zur Achse der Kolbentrommel
liegen. Die langen Kanten 48 liegen an der Nabe 39 in den Nuten 46. Die Höhe jedes
Flügels ist gleich der senkrechten Entfernung zwischen dem Grund der Nuten 46 -und
der inneren Lauffläche der Wand 21 des Gehäuses. Die gleich langen geneigten Kanten
49 liegen parall@el zu allen Berührungsflächen der Daumen 17, und die wirksame Breite
jedes Flügels ist gleich dem axialen Abstand zwischen den beiden Daumenflächen .abzüglich
der jeweiligen Kolbentrommelbreite.
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Wenn die Kolbentrommel 18 sich in Bewegung befindet, werden die Flügel
durch die Fliehkraft um einen geringen Betrag radial gegen die innere Lauffläche
der zylindrischen Wänd 2 i bewegt und gleiten auf den Daumen 17, so daß die kurzen
Kanten 47 der Flügel
sich gegen die genannte Lauffläche legen.
Eine merkbare Abnutzung der Lauffläche wird durch die geneigte Lage der wirksamen
Daumenflächen und die entsprechende Lage der auf diesen laufenden Flügelseitenkanten
49 verhindert, die dem unmittelbaren Radialdruck .entgegenwirken und diesen Druck
auf die Gleitflächen des Gehäuses gleichmäßig verteilen. Die an den Kanten .17 und
49 der Flügel 19 entstehende Abnutzung wird an allen Kanten gleichmäßig erfolgen.
Die Flügelwerden sich infolge ihrer leichten radialen Bewegung leicht der Abnutzung
an den wirksamen Gleitflächen anpassen und ständig die dichte Berührung aller Dichtungskanten
sichern. Die Bewegung der Flügel ist parallel gegenüber allen wirksamen Berührungsflächen,
und die Abnutzung derselben wird bei allen Geschwindigkeiten gleich sein, -ö daß,
wenn die Maschine mit hoher Geschwindigkeit betrieben wird, der volumetrische Wirkungsgrad
auf der vollen Höhe gehalten wird.
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Der auf der linken Seite der Fig. io dargestellte Deckel 16 besitzt
ein durch einen Boden 51 geschlossenes Lager 5o mit einer Laufbüchse 52, in die
das eine Ende der Welle 41 ragt. Die Büchse 52 liegt gleichachsig mit :einer Laufbüchse
53 einer Aussparung 54 des Lagers 55 im rechten Deckel 16. Dieses Lager 55 ist mit
einer Stopfbüchse 56 versehen, durch welche sich das freie Ende der Welle4i erstreckt.
Die Stopfbüchse 56 enthält eine zusammendrückbare Packung 57, welche dicht gegen
dieUmfangsflächederWelle durch einen Deckel 58 gepreßt werden kann.
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Durch die Trennwände 26 können ein,oder mehrere Löcher 59 (Fig. io)
gebohrt werden, die zur Zuführung eines Schmiermittels in den Zwischenraum zwischen
Trommelumfang und innerer Lauffläche des Gehäuses dienen, so daß sich dieses Schmiermittel
auf das Innere der Arbeitskammern verteilt. Ähnliche Bohrungen 6o führen durch die
Deckel 16 und bringen das Schmiermittel unmittelbar zu den wirksamen Gleitflächen
der Daumen 17 und den kegeligen Seitenflächen 43 der Kolbentrommel. z8. Die verschiedenen
Bohrungar können durch Rohre 61 mit irgendeiner beliebigen Schmierpumpe verbunden
werden.
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Die Stirnflächen 45 der Nabenvorsprünge 44 laufen frei gleitend an
Flächen 62 (Fig.io) auf den inneren Endren der ;angrenzenden Laufbüchsen 52 und
53. Da diese Flächen in die wirksamen Flächen der Daumen 17 ragen, werden sie ebenso
wie Welle 41 und die anschließenden Lagerflächen 63 (Fig.2, 3) der Daumen 17 ausreichend
geschmiert. Mit Rücksicht darauf, daß die Flügel frei um einen kleinen Betrag radial
nach außen , giehen können und mit ihren gleichen Seiten 49 mit den Seitenflächen
der Daumen 17. in Berührung bleiben, wird ein radialer Druck :auf die Flügel :durch
die Fliehkraftwirkung ausgeübt, der diese Flügel teilweise gegen die einander gegenüberliegenden
Daumenflächen in der Richtung:a-g und a-h (Fig. io) drückt, wodurch der Druck nahezu
im rechten Winkel zu den Daumenlaufflächen und den Flügelkanten erfolgt. Hierdurch
wird die Reibung von der Lauffläche im Gehäuse weitgehend ferngehalten, ohne daß
die Dichtung an der Abschlußstelle gestört wird. Die Daumen haben zwei Aufgaben
auszuführen. Sie dienen erstens zur Steuerung der Flügel und führen zweitens dieselben
gleichmäßig an allen Laufflächen.
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Die Art, in welcher :die öffnungen der Daumen sich durch die wirksamen
Flächen der Daumen erstrecken, ist auch wichtig, weil dadurch die Druckfördermenge
während des Druckweges aufrechterhalten wird, so daß eine vollständige Förderung
des Mediums möglich ist.
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In Fig. 12 sind :die Flügel i 9a im wesentlichen ebenso angeordnet
wie die Flügel i9 mit :der Abänderung, daß jeder Flügel. in einem Winkel steht,
so daß die äußeren Kanten nachfolgen und an der inneren Wand Zia abstreifend entlanggeführt
werden.
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Nach Fig. 13 arbeiten die Flügel igl) in der gleichen Weise wie die
Flügel 19 mit der Abweichung, daß sie geneigt zur Tr:ommel.achse liegen.' Gemäß
Fig. 14 sind die gleich langen Seitenkanten der Flügel i 9c konkav und nach Fig.
15 diejenigen der Flügel 19d konvex gestaltet. Diese Formen der Flügel erzielen
ebenfalls die erfindungsgemäß beabsichtigt:, Wirkung.