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Kolben für Kraft- und Arbeitsmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf-Kraft- und Arbeitsmaschinen, bei denen mehrere Kolben mit parallelen Wänden
durch Entlangführen an welligen Wänden hin und her bewegt werden in einer Führungsrichtung,
die von der Haupterstreckungsrichtung der parallelen Kolbenwände abweicht.
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Bislang waren für solche Maschinen nur Kolben bekannt, deren wirksame
Flächen schraubenförmig verlaufen, während nach der Erfindung diese Flächen eben
ausgebildet werden können. Der Arbeitsaufwand für die Herstellung der Kolben kann
damit erheblich gesenkt werden.
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In den beigefügten Zeichnungen ist in Fig. i der Wirkungsplan jener
bekannten Kraft- und Arbeitsmaschinen dargestellt; Fig. ? zeigt eine ebenfalls bereits
bekannte Ausführungsform der Kolben dieser Maschinen, Fig. 3 eine andere, ebenfalls
bekannte Ausführungsform der Kolben, Fig. 4 ein Einzelteil zu Fig. 3, Fig. eine
Abwandlung dieses Einzelteiles, sämtlich in schaubildlicher Darstellung.
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Fig. 6 und 7 stellen zwei Ausführungsformen für die erfindungsgemäß
ausgebildeten Kolbenteile el*nfalls schaubildlich dar.
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Fig. 8 und 9 zeigen in schematischer Darstellung, ähnlich derjenigen
der Fig i, wie die die parallelen Wände bildenden Kolbenteile sich bei ihrer Bewegung
zwischen den gewellten Wänden verhalten, wenn erstere nicht durchweg gleich dick
und durch parallele Ebenen begrenzt, sondern erfindungsgemäß ausgebildet sind.
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Fig. io zeigt die beispielsweise Ausführung eines erfindungsgemäß
ausgebildeten Kolbens mit verschiedenen Schraubungsrichtungen.
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Fig. i i ' zeig=t im Axialsclinitt eine Maschine, bei der die Erfindung
angewendet- ist. Fig. ia zeigt die Kolben der Maschine nach Fig.ii von oben gesehen.
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Gemäß Fig. i «erden parallele Wände a durch Entlangführen an welligen
Wänden b hin und licr bewegt in einer Führungsrichtung
x, die von
der Richtung f3 der Verbindungslinie B-C der Berührungspunkte "der parallelen Wände
a mit den welligen Wänden b
(Haupterstreckungsrichtung) abweicht. Bei
dieser Bewegung entstehen dort große Ab-
s t; iiiide zwischen den Wänden.
also groi.#e Arbeitsräume, wo die jeweilige Richtung der Wellungen b schief
von der Führungsrichtung x
und steil von der Wandrichtung ß getroffen wird,
und kleine Arbeitsräume, wo die Richtung x und ß umgekehrt auftreffen. Werden die
Wände a in der Richtung des mit D bezeichneten Pfeiles bewegt, so wird Arbeitsmittel
durch die Öffnungen F_ angesaugt und durch die Öffnungen A weggedrückt.
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Betrachtet man die Fig. i als Abwicklung einer zylindrischen Maschine
und wickelt diese Abwicklung auf, so entstehen aus den welligen Wänden b ein- oder
mehrhubige Hubscheiben, aus den geraden Wänden a jedoch schraubenförmige Kolben
c (Fig. z), die im weiteren Verfolg dieser Beschreibung kurz Schraubenkolben genannt
werden sollen. Diese Vorrichtung kann durch Drehung der Hubscheiben d betrieben
werden, aber auch in dieser Weise, daß die Hubscheiben d festgehalten und die Schraubenkolben
c gedreht werden, wobei sie sich entsprechend dem Doppelpfeil e hin und her bewegen.
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Die Enden der Schraubenkolben c der Fig. 2 werden zweckmäßig entsprechend
Fig 3 mit Führungsstücken f in Form von Ringsegmenten ausgerüstet, die den Ringraum
zwischen Gehäuse und Welle ausfüllen und die zwischen diesen und den Kolben sich
befindenden Arbeitsräume nach den Enden der Vorrichtung gut abdichtend abschließen.
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Zunächst wird die Kolbenfläche g eines Schraubenkolbens eine Schraubenfläche
sein. Es ist aber auch möglich, die Schraubenfläche durch andersgestaltete Flächen,
z. B. durch ebene Flächen l: nach Fig. 5 zu ersetzen, ohne daß sich an der Wirkungsweise
der Maschine etwas ändert. Hieraus wird erfindungsgemäß die Möglichkeit hergeleitet,
besonders einfach herzustellende Bauformen von Schraubenkolben zu schaffen.
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Die geringste Kolbenzahl, mit der eine Schraubenkolbenmaschine gebaut
werden kann, ist zwei. In diesem Falle füllt das Führungsstück f (Fig. 3) eines
Kolbens den Ringraum zwischen Gehäuse und Welle zur Hälfte aus. Die einfachste Kolbenform,
bei der die wirksame Kolbenfläche (g in Fig..I und h in Fig. 5) nur aus einer ebenen
Fläche besteht, erhält man, wenn man nach Fig.6 die ebene Kolbenfläche i schief
zur Kolbenachse h legt; bei einem solchen Kolben nach Fig. 6 entspricht die für
die Förderung wirksame Kolbenfläche der axialen Projektion der Fläche i, also der
halben Ringraulnfläche. Die wirksame Kolbenfläche ist demnach gleich groß wie die
Querschnittsfläche I eines Führungsstückes f.
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Soll dagegen die wirksame Kolbenfläche größer werden, so muß eine
Form etwa entsprechend Fig. q. oder 5 angewendet werden.
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Wenn der durchzuführende Arbeitsprozeß mehr als zwei Kolben verlangt,
muß die Fläche L der Führungssegmente entsprechend kleiner sein.
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Eine besonders einfache Kolbenform ergibt sich, wenn die wirksame
Kolbenfläche kleiner als die Ouerschnittsfläche der Führungsstücke f sein darf.
Dann kann nach Fig. 7 die Kolbenfläche, die hier mit 7a bezeichnet ist, senkrecht
zur Kolbenachse k gelegt werden. Die Kolbenfläche n. des Kolbens gemäß Fig. 7 ist
gleich einem Viertel der Ringfläche zwischen Gehäuse .und Welle. Sie könnte auch
kleiner oder größer gewählt werden. Den Wirkungsplan einer mit Kolben nach Fig.
7 ausgerüsteten Maschine zeigt Fig. S. Die Kolben r, r bilden zwischen den
einander zugekehrten Arbeitsflächen Zwischenräume s und t, die dann, wenn die Kolben
entlang den gewellten Wänden b in Richtung des eingezeichneten Pfeiles bewegt werden,
abwechselnd größer und kleiner werden. Dabei wandern die kleinen Zwischenräume s,
sich vergrößernd, unter den Einlaßöffnungen E vorbei, so da$ dort eine Saugwirkung
entsteht, während die größeren Zwischenräume t sich unter den Auslässen A bewegen,
während sie sich verkleinern, also Arbeitsmittel nach den Auslässen fördern.
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Der Wirkungsplan zeigt, daß die ursprüngliche Schraubenfläche gemäß
vorliegender Erfindung in einzelne Stufen aufgeteilt wird, ähnlich wie die Stufen
einer Wendeltreppe. Teilt man in mehr als eine Stufe auf, so entstehen nach Fig.
9 mehrere voneinander unabhängige Arbeitsräume. Die Kolbengestaltung wird dann besonders
einfach, wenn die Schraubungsrichtung der Stufen abwechselnd gewählt wird (Fig.
9 zeigt nur linksgängige Schraubung). Fig. io zeigt als Beispiel einen Kolben, bei
dem ein rechtsgängiger Kolbenteil o mit einem linksgängigen Kolbenteil Q zusammengefügt
ist. Die Ringfläche der Führungsstücke beträgt bei diesen Kolben ein Drittel, die
Kolbenfläche ein Sechstel der Ringfläche zwischen Gehäuse und Welle.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.11 und 12 sind in der Bohrung
des Maschinengehäuses 7a Endstücke v mit einander zugekehrten, ebenen, einander
parallelen Endflächen angeordnet, die als gewellte Wände auf die beiden Kolben r'
und r=, welch letztere auf der gemeinsamen Antriebswelle zc, axial verschiebbar,
jedoch an Drehung gegenüber der Welle verhindert, sitzen.
Bei Umdrehung
der Welle w werden die Kolben r1 und r= zwischen den einander zugekehrten Flächen
der Endstücke v hin und her geschoben, jedoch mit solcher Phasenverschiebung, daß
der Zwischenraum zwischen den einander zugekehrten Arbeitsflächen der Kolben sich
innerhalb der Umfangszone erweitert; in der er dem Einlaß E gegenübersteht
und sich verengt in der Zone, in der er unter dem Auslaß A sich befindet.