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Schwingflugkolbenmaschine Es sind. Maschinen, insbesondere Flugkolbenmaschinen,
bekannt, bei denen die lebendige Kraft geradlinig hin. und her schwingender Massen
dazu dient, die mecbanisebte Arbeit ohne Getriebe, z. B. ohne Kurbelgetriebe, zu
übertragen. Bei diesen Maschinen dient der erste Teil -des Krafthubes dazu, die
beweglichen Massen zu beschleunigen und .dadurch in .diesen Massen eine immer größer
werdende lebendige Kraft aufzuspeichern. Während des zweiten Teiles des Krafthubes
.geben die beweglichen Massen, diese lebendige Kraft wieder ab und verlieren dabei
allmählich ihre Geschwindigkeit, um Nubzarbeit zu erzeugen. Diese Nutzarbeit besteht
in der Regel in der Verdichtung einer be,stimnitcn Gasmasse. Sie ergibt sich
aus der Gleichung
wobei dl den Wert der beweglichen Masse und; V. deren Höchstgeschwindigkeit darstellt.
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Die Erfindung betrifft eine neue Gattung von Maschinen, die ebenso
viele Abarten wie die Gattung der Flugkolbenmasc'hinen aufzuweisen hat und, bei
welcher es insbesondere möglich ist, Verdichter oder Krafterzeuger zu schaffen,
die mit Brennkraft, Dampf oder Gas betrieben werden können.
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Bei dieser neuen Maschinenart dient wieder die lebendige Kraft der
in Bewegung befindlichen Massen zur Übertr.agung der mechanischen Arbeit ohne Getriebe.
Anstatt aber .die lebendige Kraft geradI@in!ig hin und her schwingender Massen zu
benutzen, bedient man sich in diesem Fall' der lebendigen Kraft um eine Drehachse
schwingender Massen. Im ersten. Teil eines jeden Krafthubes erhalten die Massen
eine fortwährend' beschleunigte Bewegung und, speichern lebendige Kraft 102 auf,
wobei
I :das Trägheits-moment der Massen und co die Winkelgeschwindigkeit in einem gegebenen
Augenblick bedeuten. Bei Schluß dieses ersten Hubteiles hört die Beschleunigung
auf und erreicht einenHöchstwert co.. Im zweitenTeile des gleichen Hubes wandeln
die beweglichen Massen ihre lebendige Kraft in Arbeit um, indem sich ihre Bewegung
verzögert. In dem Augenblick, wo die Massen stillstehen bleiben, beträgt der Wert
4er gelieferten Arbeit
Aus der Zeichnung ist beispielsweise ersichtlich, in welcher Weise die Erfindung
4urchgeführt werden kann.
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Fig. i und 2 zeigen schematisch den Grundgedanken der Maschine, und
zwar jeweils im rechtwinklig zur Achse geführten Querschnitt und im axialen Längsschnitt;
Fig. 3 und 4 sind ähnliche Darstellungen eines Ausführungsbeispieles ; Fig. 5 zeigt
schematisch eine Einzelanordnung. Die Maschine besteht aus zwei Teilen, die durch
abweichende Schraffierungen kenntlich gemacht sind.
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i ist der äußere Teil oder der Maschinenkörper. Er besteht aus einem
zylindrischen Mantel 4 mit zwei Böden 8 und 9, die mit einem mittleren, ringförmigen
Fortsatz i9 versehen sind. Im Innern des Maschinenkörpers sind zwei Querwände 5
und 5' vorgesehen.
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2 ist der innere Teil oder Schwinbgflugkolben. Er besteht aus einem
zylindrischen Körper 6, der auf einer in Lagern i i' ruhenden Welle i i sitzt, und
ist mit zwei Blättern 7, 7' versehen.
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Dichtungskörper 3 sind derart angeordnet, daß, wenn der Schwingflugkolben
um seine Achse schwingt und die Blätter 7 sich im Maschinenkörper bewegen, d'ie
in der Maschine eingeschlossenen gasförmigen oder sonstigen Mittel nicht auf die
ander° Seite der Kolbenblätter übertreten od°r aus der Maschine entweichen können.
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Die Maschine ist mit nicht dargestellten Verschlußkörpern beliebiger
Art, etwa mit Ventilen, Schiebern 9d. dgl., versehen.
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Wenn bei dieser Voraussetzung die Maschine sich in der Lage nach Fig.
i befindet, wird die obere Kammer des Maschinenkörpers vom oberen Blatt 7 in zwei
Einzelkammern 12 und 13 geteilt. In gleicher Weise wird die untere Kammer in zwei
Einzelkammern 14 und 15 unterteilt, die in ihrer Größe jeweils von den Kammern 12
und 13 abweichen können. Wird: in die Kammer 12 ein verdichtetes Kraftmittel eingelassen
oder entsteht in der vorher mit verdichteter Luft gefüllten Kammer 12 eine Verbrennung,
wogegen die Kammer 13 mit der Außenluft in Verbindung gesetzt wird, enthält dabei
die Kammer 14 ein Gas, z. B. Luft von Atmosphärendruck, und steht die Kammer 15
mit der Förderleitung in Verbindung, so werden unter der doppelten Einwirkung des
Kraftmittels in der Kammer 12 und der verdichteten Luft in der Kammer 15, die hier
mit einem schädlichen Raum vergleichbar ist, die Blätter 7 den Schwingflugkol.ben
2 um seine Achse verschwenken, wobei diesem von der in :der Kammer 14 enthaltenen:
Luft zunächst kein wesentlicher Widerstand entgegengestellt wird. Die Verhältnisse
sind danin genau die gleichen wie bei einer anfahrenden Fl:ugkoibenmaschine, jedoch
mit,dem Unterschied"daß die beweglichen Massen nicht geradlinig, sondern um die
Achse der Welle i i hin und her schwingen. Annähernd: in 4er Hubmitte wird der in
der Kammer 14 wachsende Druck Bier Luft den Druck der in der Kammer 12 entspannten
Gase ausgleichen und die Winkelgeschwindigkeit co wird ihren Höchstwert co m erreichen.
Im zweiten Teile des Hubes wird die Winkelgeschwindigkeit allmählich sinken, und
zwar um so schneller, je rascher der Auslaß der Kammer 13 sich vor dem Hubende schließt,
wobei die Gase derart verdichtet werden, da.ß sie auf den Ausgangsdruck gebracht
werden, der zu Beginn: der Bewegung in der Kammerze herrschte. Während dieses Hubteiles
wird die in der Kammer 14 verdichtete Luft in die Förderleitung verdrängt, wogegen
in die Kammer 15 Frischluft angesaugt wird. Die Winkelgeschwindigkeit wird gleich
Null, bevor das Blatt 7 mit der benachbarten Querwand 5' in Berührung gelangt.
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In diesem Augenblick liegen :die Verhältnisse so, d:aß die gleichen
Vorgänge sich in umgekehrter Reihenfolge wiederholen können. Der Einlaß, des Kraftmittelis
oder .die Verbrennung geschieht in der Kammer 13 und der Ausilaß aus der Kammer
12; auf der Verdlichterseite geschieht das Ansaugen in die Kammer 14 und -das Verdichten
in der Kammer 15.
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Es handelt sich hier um eine Schwi:ngflugkolben maschine mit einem
Krafthub je Schwingung, bei welcher die auf die Teile i und 2 einwirkenden Kräfte
einander stets genau gleich sind, weil die gleichen Gasmassen stets auf homologe
Teile der beiden Maschinen gleicher neometrischer Abmessunen g einwirken. Die Frequenz
der Schwingungen einer solchen Maschine läßt sich, von allen Gesichtspunkten aus
betrachtet, mit derjenigen einer üblichen Flugkolbenmaschine vergleichen, deren
Teile ähnliche Abmessungen aufweisen.
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Die Änderung der Fördermenge in .der Zeiteinheit einer solchen Maschine
kann durch Änderung der Ei.nlaßmenge des geförderten Mittels geschehen. Der Ausgleich
zwischen der treibenden Kraft und der Belastung kann in selbsttätiger Weise durch
einen Regler geschehen, .der auf die Menge des eingelassenen Kraftmittels einwirkt.
Der Regler kann z. B. durch die Größe,des Ausschlages des schwingenden Körpers betätigt
werden.
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In den vorstehenden Erklärungen ist von der fests,tehe@nd@en oder
beweglichen Anordnung des Maschinenkörpers @i keine Rede. Die Maschine arbeitet
nämlich in beiden Fällen, o b dabei der Maschinenkörper absolut fest steht oder
ebenfalls schwingen kann, wobei der Schwingflugkolben 6 dann als Schwingungszapfen
dient.
Da der Maschinenkörper i stets Wechselbeanspruchungen erleidet,
die einen hohen Wert erreichen 'können-, so wird' es bei feststehender Anordnung
notwendig sein, besondere Maßnahmen zu treffen, wie dies z. B. beim Aufstellen.
großer Brennkraftmasch.inen üblicher Bauart der Fall ist.
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Steht der Maschinenkörper n echt fest, so schwingt er entgegengesetzt,
zur Richtung dies Schwimgflugkollbens 2. Werden Trägheitsmornent und Winkelgeschwindigkeit
des Maschinenkörpers i jeweils mit I' und mit cö bezeichnet, wie I und o) für die
homologen Teile .des Kolbens 2 gewählt sind, so besteht in jedem Augenblick das
Verhältnis
Die Drehwinkel der beiden beweglichen Körper werden somit bei jedem Huch im umgekehrten
Verhältnis zu den Trägheiten dieser Körper stehen.
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Die Schwingungswinkel lassen sich in bequemer Weise durch Messen der
Kreisbögen bestimmen, die der Schwerpunkt der Kolbenblätter beschreibt. Der Hub
ist dann gleich der Gesamtlänge des Kreisbogens während! einer Schwingung. Wenn
z. B. bei einer Maschine der Gesamthub o,25 m beträgt und das Trägheitsmoment des
Maschinenkörpers zehnmal, größer ist, als das Trägheitsmoment des Schwingkolbens,
so wind der Maschinenkörper sich auf dien Kreisbogen um 0,0227 m und der Schwingkolben
sich in entgegengesetzter Richtung um 0,227 m bewegen.
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Selbstverständlich stellt Fig. i nur einen elementaren Fall dar. Sie
stellt auf keinen Fall eine Beschränkung derErfindung dar. Man kann Maschinen sehr
verschiedener Art ersinnen, z. B. solche, bei denen der Maschinenkörper fest steht
und keiner Drehkraft ausgesetzt ist. Man kann auch Maschinen erdenken, bei denen
zwei innere Flugkörper sich in einem feststehenden Maschinenkörper entgegengesetzt
zueinander bewegen.
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Es wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel einer auf .dem erfindungsgemäßen
Grundgedanken aufgebauten Maschine beschrieben, unter der Voraussetzung, daß dieses
Beispiel keine Beschränkung der Erfindung darstellt. Die beschriebene Maschine dient
zur Erzeugung hochverdiichteter Luft. Die Kraftseite soll mit'hochgespanntem Dampf
oder mit heißen Gasen betrieben werden. Diese Kraftseite besteht aus einem Hochdruckteil
und zwei Niederdruckteilen. Die Maschine besitzt ebenfalls eine Verdic'hterseite
mit zwei Niederdrtickte@ilen und einem Hochdruckteil. Die Fig. 3 und q. zeigen jeweils
einen axialen Längsschnitt und einen Querschnitt.
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Der Maschinenkörper ist in diesem Fall in. sechs Ringabschnitte von
halbkreisförmigem Querschnitt ia, 1b, 1e, 1d, ie, ,ifgeteilt. Es ist nichtunbedingt
notwendig, daß diese Abschnitte auf dem Kreis g, auf dem wie erwähnet die Hübe gemessen
werden, die gleiche Länge besitzen, weil die jeweil!ige Länge sich nicht nur aus
dem eigentlichen Hub zusammensetzt, der selbstverständlich für alle Abschnitte der
gleiche ist, sondern auch die Dicke der Kolbenblätter und die Länge der schädlichen
Räume u:mfaßt, .diie sich von einem Abschnitt zum anderen verändern können.. Man
könnte übrigens auch voraussetzen, daß der Halbmesser des. halbkreisiförmigen Querschnittes
von einem Abschnitt zum anderen abweicht. Jeder Abschnitt ist. mit .den Wandstärken
und den Metal@leiigenschaften ausgebildet, die sich für die darin auftretenden Drücke
und Gastemperaturen eignen. Die sechs vorgerannten Abschnitte sind untereinander
durch sechs Querkörper 5a, 56, 5e= 5d, 5" 5f verbunden. Die und Querkörper sind
durch Schraubenbolzen, 16" (Feg. 3) miteinander vereinigt. Zu diesem Zweck ist jeder
Abschnitt mit Flanschen versehen, die für -den Abschnitt i. mit 15" bezeichnet sind.
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Die Wandstärken und die Art des Metalls der Querkörper sind! wie bei
den. Abschnitten derart bestimmt, daß dem Ganzen die gewünschte mechanische Festigkeit
verliehen wird. Der Maschinenkörper ist durch Deckel 8 und 9 geschlossen, die mit
mittleren, zylindrischen Fortsätzen ii;o versehen sind.
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Die Anordnung ist derart getroffen, daß jeder der Teile des Maschinenkörpers
der Innentemperatur entsprechend sich dehnen kann, ohne daß dadurch die damit verbundenen
Nachbarteile in, schädl-icher Weise beansprucht werden.
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Der Flugkolben besteht aus einem zylindrischen Körper 6, der entsprechend
der zu erzielenden Schwingungsfrequenz in geeigneter Weise erleichtert ist und sechs
angeschmiedete Blätter 7" 7s, 7" 7d, 7" 7f trägt. Dieser zylindrische Körper
sitzt fest auf der mittleren Welle i i, die sich ,in den Lagern i o der Deckel 8
und 9 dreht. Die Lager i o ruhen selbst in Lagerböcken 16 und 16', die das feststehende
Maschinengestell biliden.
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Bei dem dargestellten Beispiel bewegt sich auch der Maschinenkörper.
Wie erwähnt, könnte er aber auch unter Voraussetzung gewisser Vorsichtsmaßnahmen
fest stechen. Die Welle i i ist an den Enden mit Zapfen; 18 von kleinerem Durchmesser
verseben, die zur Aufnahme der Zahnräder zum Antrieb der Steuerung dienen.
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In den Abschnitt 1a wird der Frischdampf oder das VolIdruckgas eingelassen.
Dieser Abschnitt ist mit HP. bezeichnet. Nach seiner Entspannung Im Abschnitt i,
tritt ,das Kraftmittel gleichzeitig in die beiiäen Abschnitte 1b und if beiderseits
des Abschnittes i. über. Diese beiden Abschnitte sind demgemäß auch mit BP" und
BP"' bezeichnet.
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Die nicht verdichtete oder vorverdichtete Luft wird gleichzeitig in
die beeiden Abschnitte i, und i, eingelassen, die auch mit BP und
BP' bezeichnet sind. Nach Verdichtung in diesen beiden Abschnitten wird die
Luft in den Abschnitt 1d gedrückt, der auch. mit HP bezeichnet ist. In diesem
wird sie auf den gewünschten En-ddruok verdichtet und in die Förderleitung verdrängt.
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Alle Steueröffnungen sind in den entsprechenden Seiten der Querkörper
vorgesehen. Des besseren Verständnisses halber sind diese Öffnungen nur für den
Abschnitt i" mit ig, i9' und 2o bezeichnet. Die
Querkörper tragen
ebenfalls die Verschlußvorrichtu;ngen- sowie deren Steuerstangen. Der Deutlichkeit
halber sind diese Vorrichtungen 2r nur für die Abschnitte 5, und 5f schematisch
angedeutet.
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In der Zeichnung ist vorausigesetzt, d'aß schieberarbige Verschlußvorrichtungern
vorgesehen sind. Es, könnten ebenfalls Ventile, Rohrschieber od. dgl. benutzt werden.
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In die Querkörper münden alle- Leitungen, die zurr Zuführen oder Abführen
der Gase oder Dämpfe dienen sowie diejenigen, welche die Abschnitte unter sich verbinden.
Nur auf dem Querkörper 5" ist bei 22 der Einillaß des und bei 23 der A.uslaß dies
teilweise entspannten Kraftmittels nach BP", sowie bei 24 der Auslaß dieses
gleichen Kraftmittels: nach BP",' dargestellt. DIesier Auslaß kann vorteilhaft durch
eine Verbindung im Querkörper 5" selbst hergestellt werden, diie zwischen; Adler
Auslaßö ffmung des HP", und der Einlaßöffnung des BP,"' vorgesehen wird. Schließlich
ist bei 25 der AusI'aß des Kraftmittels nach seiner Entspannung in BP"' vorgesehen.
Jeder Querkörper trägt somit vier Steuervorrichtungen und vier Rohranschlüsse, die
bei den Querkörpern 5", 5a, 5a und 5e in der erwähnten Weise auf drei, beschränkt
werden können.
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Die Steuerung geschieht. von zwei SteuerNvel.Ien aus, die p.aralliel
zur Hauptwelle verlaufen und im bezug auf diese symmetrisch gelagert sind. In Fig.
4. sind diese Steuerwellen mit 26 und 27 bezeichnet. Trotzdem diese Wellen von derhin
urnd her schwingen,den Hauptwelle angetrieben werden, führen. sie vollständige Umdrehungen
aus, und zwar eine vollständige Umdrehung für einen Hinundrückgang der Hauptwelle.
Die Hilfswellen. betätigen. die Steuervorrichtungen durch Nocken 28, Gestänge 29
und Kipphebel 3o. Wie erwähnt, sind für jeden Querkörper vier Steuervorrichtungen
vorgesehen, also insgesamt 24 oder 12 für jede Hilfswelle.
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Im übrigen ist die Arbeitsweise die zu Beginn der Beschreibung angegebene.
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Durch eine gleichartige Anordnung, die aber in den Einzel'heiten abweicht,
kann man anstatt einer Dampf- oder Druckgasmasc hine auch eine solche herstellen,,
die mit einem oder mehreren Brennkraftabschnitten versehen ist. Am bequemsten ist
dies für Viertakt und mit Doppelwirkung in jedem Kraftabschnitt ausführbar.
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In allen Fällen wird; die ganze Maschine in der üblichen Weise mit
Wärmeschutz oder mit l#"iihlvorrichtungen versehen, .denen Anordnung keime besonderen
Schwierigkeiten verursacht.
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Ferner können durch Änderungen von Einzelanordnungen, jedoch vom gleichen
Grundgedanken ausgehend, Maschinen zum Ansaugen und, Fördern von Flüssigkeiten und
ganz allgemein zur Ausführung einer beliebigen .mechanischen Arbeit hergestellt
werden.
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Diese Maschinen eignen sich für besonders vorteilhafte Zusammenstellungen.
Beim Verdichten der Luft oder eines beliebigen Gases auf sehr hohen Druck (ioo Alm.
und mehr), wozu in vier Stufen verdichtet werden mu:ß, wird es angebracht sein,
zwei Verdichter gleicher Art, wie oben beschrieben, vorzusehen. Einer dieser Verdiidliter
übernimmt .die beiden ersten Verdichtungsstufen und -der andere die beiden letzten
Verdichtungsstufen. Die Gestalt und das Gewicht .der beiden Maschinen werden derart
gewählt, daß sie mit einer gleicläen Frequenz schwingen. Die beiden Masehinenkörper
werden alsdann starr miteinander verbunden und die beiden Flugkolben idürch ein
Getriebe miteinander ,gekuppelt, das beispielsweise durch die Fig. 5 dargestellt
ist und das gegenläufige Schwingen der beiden Flugkolben bewirkt. Unter solchen
Verhältnissen bleiben die Maschinenkörper stehen, auch wenn sie nicht fest im Boden
verankert sind.
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Das Kupplungsgetriebe kann z. I3. in folgender Weise ausgebildet sein
(Fig. 5) : Die beiden Wellen werden in gegenseitiger Verlängerung gemäß der Achse
o angeordnet. Auf der ersten Welle ist eine Kurbel o-a. befestigt, die einen Lenker
a-c betätigt. Auf -dier zweiten Welle ist eine Kurbel o-b befestigt, die einen Lenker
b-c betätigt und', symmetrisch zu o-a angeordnet ist. Bei c sind die beiden Lenker
auf einem gleichen Kreuzkopf gelagert, der mit zwei Glieitschühen d, e in zwei Gleitführungen,f,
g läuft. Wenn die Kurbel o-a einen Kreisbogen a
beschreibt, beschreibt auch
die Kurbel o-b einen gleichen Kreisbogens, .aber in entgegengesetzter Richtung.
Während -dieser Zeit verschiebt sich d@:r Kreuzkopf c um die Länge lz.
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Die vorstehenden Angaben sind nicht als Beschränkung anzusehen. Die
Maschinen gemäß der Erfindung können wie sonstige Maschinen., insbesondere wie Flugkolbenmaschinen,
angeordnet und ausgerüstet werden. Insbesondere können sie mit Luftpolstern, Beschleuni:gungslzörperii.
Schwungrädern mit veränderlicher Schwunbg'kraft od. dgl. versehen werden.
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Diese Maschinen können eben@falils derart ausgebildet sein, daß sie
bei jedem Hub oder bei jedem Kreislauf, id:. 1i. für je zwei Hübe, mit einem Krafthub
arbeiten.