DE98292C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14: Dampfmaschinen.

in WIEN.

Kraftmaschine mit konischem, umlaufendem Kolben.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 20. März 1897 ab.

Die bisher versuchten Rotationsmotoren mit cylindrischen Kolben sind vorzugsweise an der Mangelhaftigkeit der Dichtung und den ungünstigen Reibuhgsverhältnissen gescheitert, doch sind diese beiden Factoren nebst der Entlastung des Kolbens die Hauptbedingnisse, die ein Rotationsmotor erfüllen mufs, um überhaupt in technischen Betrieben Verwendung finden zu können.

Die Erfindung bezweckt nun die Construction eines Rotationsmotors, welcher sich von den bisher gebauten derartigen Maschinen wesentlich darin unterscheidet, dafs die Dampfkanäle des nicht cylindrischen, sondern etwas konischen Kolbens mit der Dampfzuführung in constanter, auch bei einer durch Abnutzung bedingten Nachstellung des Kolbens nicht unterbrochener Verbindung stehen und diese Kanäle hinsichtlich ihrer Gröfse derart bemessen und am Kolben derart angeordnet sind, dafs sowohl in Bezug auf die gegen die Projectionsfiächen der Kanäle ausgeübten Drucke, wie auch bezüglich der auftretenden Drehmomente eine vollkommene Entlastung des Kolbens erzielt wird. Aufserdem ermöglicht die konische Gestalt des Kolbens und Cylinders ein genaues Eindichten des Kolbens und nach Mafsgabe der Abnutzung eine Nachstellung bis zur vollkommenen Dichtung.
Beiliegende Zeichnung stellt in
Fig. ι im Horizontalschnitt, in
Fig. 2 im Verticalschnitt und in den
Fig. 3 und 4 in zwei Seitenansichten (letztere jedoch in kleinerem Mafsstabe) einen der vorliegenden Erfindung entsprechend ausgeführten Rotationsmotor dar.

Den Hauptbestandtheil des Motors bildet der rotirende Kolben b, welcher beispielsweise in konischer Form ausgeführt und dampfdicht in einem gleich konisch ausgebohrten Gehäuse (Cylinder α) rotirt.

Der Kolben b besitzt an seiner Mantelfläche drei ringförmige Kanäle B₁ und b_x O₁ von trapezförmigem Querschnitt, welche hinsichtlich ihrer Gröfse und ihres Drehmomentes derart bemessen sind, dafs sie eine vollkommene Entlastung des Kolbens herbeiführen, und zwar wird dies auf folgende Weise erreicht:

Die Summe der Projectionsflächen der beiden seitlichen Kanäle -^₁ und O₁ — die unter sich jedoch nicht flächengleich zu sein brauchen — mufs gleich sein der Projectionsfläche des mittleren grofsen Kanals B₁, und die Resultante der Drucke der beiden seitlichen Kanäle mufs mit der Resultante der Drucke auf den mittleren Kanal in eine Richtung fallen, derselben gleich sein, jedoch entgegengesetzte Pfeilrichtung haben, damit kein Drehmoment auftritt. In diesem Falle wird eine vollkommene Druckentlastung erzielt, da im mittleren Kanal .B₁ die Dampfeinströmung von der genau entgegengesetzten Seite erfolgt, als in die beiden seitlichen Kanäle ^₁ und b_x.

Da die Kanäle im rohrenden Körper sich befinden, sind dieselben vom Kolben selbst schon von drei Seiten abgeschlossen, so dafs blos die vierte Seite zu dichten ist, was eben am vollkommensten und einfachsten dadurch

erfolgt, dafs man dem Körper konische Form giebt.

Jeder dieser drei Ringkanäle wird an zwei diametral gegenüberstehenden Stellen durch quer hierzu angeordnete Schieber D bezw. d d von gröfserer Breite als die Kanäle unterbrochen, welche in radialen Schlitzen des Kolbens bezw. der Kolbenarme geführt sind und durch dahinter angeordnete Federn D_x bezw. d_x d₁ stets nach aufsen gegen die innere Cylinderwand dampfdicht angedrückt werden. Die den •Kanälen gegenüber gröfsere Breite der Schieber D bezw. dd hat den Zweck, eine Flächendichtung in den Führungsschlitzen zu erreichen. In jeden dieser Kanäle B₁ bezw. b_x b_x greift ein zur Breite desselben etwas schmaler gehaltenes Segment C bezw. c c, welches an der Innenwand des Cylinders α festgehalten wird und' einerseits dazu dient, die Dampfeintrittsseite und die Auspuffseite der Kanäle (rechts und links der Schieber D bezw. dd) von einander zu trennen, andererseits auch die Bewegung der Schieber D, dd und demzufolge auch den wechselweisen Dampfein- und -austritt in bezw. aus den von den beiden Schiebern eingeschlossenen Räumen der Ringkanäle B₁, B₁ B₁ zu bewirken.

Diese Segmente C, c c sind derart angeordnet, dafs das grofse, in den mittleren Kanal B₁ eingreifende Segment C den beiden anderen, in die seitlichen kleineren Kanäle b₁ b_x eingreifenden Segmenten c c genau gegenübersteht, was zu dem Zwecke geschieht, um den Dampf von entgegengesetzten Seiten, und zwar von jeder Seite mit gleicher Kraft auf den Kolben bezw. dessen Schieber einwirken zu lassen , zum Zwecke der vollkommenen Entlastung des Kolbens.

Jedes der Segmente C bezw. c c besitzt zwei Kanäle (Bohrungen C₁ bezw. C₁ C₁ und C₂ bezw. C₂ C₂, welche vor den Dampfleitungskanälen des Cylinders α stehen und den Dampfeintritt in die Kolbenkanäle B₁ und b_x b_x bezw. den Auspuff aus denselben ermöglichen.

Diese Kanäle, welche für das mittlere Segment mit H₁ und H₂, für die kleinen Segmente mit H₁ und h.₂ bezeichnet sind, besitzen an den Ausmündungsstellen H₁ H₂' H₁ It₁ A₂' h.₂ an der Innenwand des Gehäuses verbreiterten bezw. gröfseren Querschnitt, damit bei Nachstellung des Kolbens b dennoch die Kanäle C₁ bezw. C₁ C₁ und C₂ bezw. c.₂c₂ der Segmente in ihrer vollen Querschnittfläche Dampf erhalten und keine Drosselung stattfindet.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Kanäle H₁ H₂ und A₁ h.₂ im Cylinderkörper α eingegossen, doch ist es selbsverständlich, dafs die Kanäle auch durch Rohrleitungen ersetzt werden können.

Die Lage dieser Kanäle ist aus den Fig. 4 für das grofse und Fig. 3 für die beiden kleinen Segmente ersichtlich.

Es ist selbstverständlich, dafs sowohl die Kanäle H₁, Jr₁ h_x, wie auch die Kanäle H₂, h₂h.₂ die Dampfzuführung besorgen können, je nachdem die Maschine vorwärts oder rückwärts laufen soll.

Der Cylinder α wird beiderseits von je einem hohlen Deckel g bezw. g_x abgeschlossen, die gleichzeitig als Dampfräume dienen und mit Oeffnungen g.₂ g₂ bezw. g_s g₃ die in den Flantschen liegenden Kanalmündungen überdecken. Es nimmt somit ein Deckel g oder g_x den frischen Dampf, der andere g_x bezw. g den aus dem Cylinder austretenden Abdampf auf durch die Rohrleitungen g_i bezw. g_&.

Nun handelt es sich aber darum, eine vollkommene Abdichtung zwischen den Segmenten C, c c und den im Kolben b befindlichen Schiebern D,dd bezw. den Kanälen B₁, b_x b_x zu erzielen, zu welchem Behufe jedes der Segmente C bezw. c c mit einem selbstdichtenden und selbstthätig sich einstellenden Verschlussstück versehen ist.

Jedes Segment C, cc ist nämlich in der Mitte derart ausgespart, dafs es eine Brücke C₅ bezw. c₅ C₅ bildet.

Diese Brücke wird umfafst von einem dem Kanalquerschnitt B₁, b_x b_x genau entsprechenden Dichtungsstreifen N bezw. η η aus schmiegsamem Metall, vorzugsweise Kupfer, deren umgebörtelte, gegenüberstehende Ränder unterhalb der Brücke C_r bezw. c. c. reichen und daselbst schwach abgeschrägt sind. Unter diese Schrägflächen greifen zwei Keile N_x N_x bezw. W₁ It₁ K₁ It_x, welche durch Federkraft f aus einander geschoben werden.

So lange diese Keile .2V₁, «, 'n_x nicht vollkommen an die schrägen Seitenflächen der Kanäle B_x, b_x b_x anliegen, ist der Verschlufs noch undicht und erfolgt demzufolge blos eine Abnutzung des Dichtungsstreifens N, η η an dessen Breitfläche.

Nach Mafsgabe dieser Abnutzung, rücken die Keile N_x n_x, durch ihre Federn f aus einander gedrückt, so lange nach, bis sie dicht an die schrägen Kanalflächen anliegen, in welchem Falle dann die vollkommene Abdichtung hergestellt ist. \

Ist dies erreicht, so erfolgt die weitere Abnutzung der Keile N¹, n_x n_x und Dichtungsstreifen gemeinsam und nach dem Grade dieser Abnutzung ein selbstthätiges Nachrücken der Keile N, η η durch die Feder f, so dafs eine dauernde Dichtung gesichert ist.

Durch Wahl eines entsprechend geringen Anzuges der Keile JV₁, n_x n_x wird ein selbstthätiges Zurückweichen derselben bei noch so starkem Dampfdrucke verhindert, so dafs das Verschlufsstück ein selbstsperrendes ist.

Die Wirkungsweise des Motors ist. aus der Zeichnung ersichtlich.

Der beispielsweise durch Decke g zuströmende Dampf wird durch die Kanäle D₁ und d_t vertheilt, strömt durch die Oeffnungen H₁ und Ji₁ Yi₁' und die Segmentkanä'le C₁ und C₁ C₁ hinter einen der davorstehendenSchieber D, dd und treibt diesen sammt dem Kolben b nach vorwärts bezw. verursacht eine Drehung des Kolbens b, und zwar über einen Bogen von i8o°, in welchem Augenblick der zweite Schieber D vor die Dampfeinströmungsöffnung gelangt und die Weiterdrehung des Kolbens bewirkt, indem der Dampf nun auf den zweiten Schieber D einwirkt. In dieser Weise wiederholt sich das Spiel aufs Neue.

Bei jeder Umdrehung mufs also jeder Schieber/), dd einmal das Segment C, c c bestreichen und bekommt im Augenblick, in dem er dieses veiiäfst, Arbeitsdampf.

Das Zurückschieben der Schieber in ihre Schlitze besorgt das Segment selbst, die Wiedervorbewegung jedoch zum gröfsten Theile die hinter den Schiebern angeordneten Federn, unterstützt durch die Centrifugalkraft und theilweise auch durch Dampfdruck.

Jeder Schieber D, d d besitzt an einer Stelle eine durchgehende Bohrung D₂, d.₂d₂, durch welche bei dem durch die Segmente C, c c erfolgenden Zurückdrücken der Schieber D₁ d d der dahinter befindliche Dampf austreten kann, wodurch der Rückgang der Schieber wesentlich erleichtert wird, während andererseits, wenn der Schieber den Segmentverschlufs N bereits passirt hat, Dampf durch diese Bohrung D₃, d_% d_% hinter die Schieber gelangen kann und die nach aufsen wirkende Federkraft wesentlich unterstützt.

Um das Zurückschieben und Wiedervorgehen der Schieber gleichmäfsig und stofsfrei zu bewirken, ist es zweckmäfsig, die dem Kolben b zugekehrte Angriffsfläche der Segmente nicht kreisförmig, sondern entsprechendeiner gleichförmig beschleunigten bezw. gleichförmig verzögerten Bewegung in Parabelform auszuführen, und zwar setzt sich die ganze Angriffsfläche aus vier einander vollkommen gleichen Parabelflächentheilen zusammen, wovon die beiden äufseren Flächentheile die concave, die beiden inneren, unmittelbar an einander stofsenden Flächentheile die convexe Seite der Parabelflächen dem Kolben zukehren. Um an den beiden auslaufenden Enden der Parabel die nöthige Fleischstärke erhalten zu können, werden die Spitzen der Segmente zweckmäfsig etwas im Cylinder versenkt.

Soll der Motor in entgegengesetzter Richtung seine Drehung ausführen, so wird die Dampfzuleitung umgesteuert, so dafs der Dampf in den Deckel g_Y eintritt, während Deckel g nun den Abdampf aufnimmt bezw. weiter giebt.

Dieses Umsteuern kann durch jedes beliebige Umsteuerungsorgan, vorzugsweise Hähne erfolgen, ebenso kann auch der Motor mit einer Einrichtung zum Verändern des Füllungsgrades versehen sein, doch ist dies für das Wesen dieser Erfindung nicht von Einflufs.

Es mufs noch bemerkt werden, dafs die Anzahl der Kanäle B₁, b_l b₁ nicht an die Zahl drei gebunden ist, sondern auch deren mehrere angeordnet werden können, doch ist stets darauf zu achten, dafs die Resultanten der Drucke einander stets gleich und entgegengesetzt sind und kein einseitig wirkendes Drehmoment auftritt, welches die Lager einseitig belastet, da nur dann eine vollkommene Entlastung des Kolbens b, sowie ein ruhiger stofsfreier Gang des Motors erzielt werden kann.

Naheliegend ist, dafs, wenn der Kolben b mittelst Transmission in Umdrehung versetzt -wird, der Motor auch als Pumpe benutzt werden kann.

Ebenso kann der Motor auch als Flüssigkeitsmesser, Wasser-, Luftdruck- oder Explosionsmotor Verwendung finden.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Ein Rotationsmotor, dadurch gekennzeich-. net, dafs der dampfdicht in einem Cylinder (Gehäuse) rotirende Kolben (b) mit zeitweilig von beweglichen Schiebern (D, d d) unterbrochenen vertieften Kanälen (B₁, b_x b_L) versehen ist, von denen die eine Gruppe (B₁) den Arbeitsdampf von der einen, die andere Gruppe von Kanälen (b_x bj den Dampf von der genau entgegengesetzten Seite erhält und die Kanäle hinsichtlich ihrer Gröfse derart bemessen und hinsichtlich ihrer Lage derart zu einander angeordnet sind, dafs die Summe der Projectionsflächen der Kanäle der einen Gruppe, welche den Dampf von ein und derselben Seite erhalten, gleich ist der Summe der Projectionsflächen der Kanäle der zweiten Gruppe, welche den Dampf von der diametral gegenüberstehenden Stelle erhalten, so dafs die Resultirende aller Drucke der einen Gruppe von Kanälen (B₁) gleich ist der Resultirenden aller Drucke der zweiten Gruppe (b_x b_x), mit derselben in ein und dieselbe Drucklinie fällt, jedoch entgegengesetzte Richtung besitzt, zum Zwecke, sowohl den Kolben wie auch die Lager hinsichtlich einseitiger Drucke sowie einseitiger Drehmomente vollkommen zu entlasten.

2. Eine Ausführungsform des Rotationsmotors nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dafs die im rotirenden Kolben angeordneten Kanäle (B₁, b₁ bj in ihren Wandungen Nuthen besitzen, die den in Schlitzen der Kolbenanne geführten Schiebern (D, dd) eine seitliche Flächendichtung bis , zur

äufsersten Lage (innere Cylinderwandung) bieten.

Ein Rotationsmotor der durch Anspruch 1 geschützten Art mit zur Bewegung der die Dampfkanäle abschliefsenden Schieber (D, dd) dienenden Segmenten (C c c) und einer selbstsperrenden und selbstthätig sich einstellenden Dichtung zwischen den letzteren (C, cc) und den diesen gegenüber etwas breiter gehaltenen Kolbenkanälen (B^b₁ B₁), gekennzeichnet durch eine im Segment (C bezw. c c) angeordnete Brücke (C₅, C₅ c_s), welche von einem dem Querschnitt der Dampfkanä'le (B₁ bezw. b_x bj genau entsprechenden Dichtungsstreifen (N bezw. η η) aus schmiegsamem Metall umschlossen wird, unter dessen nach aufsen gegen das Gehäuse (a) umgebörtelte Ränder unter Federwirkung (K₂, W₂ nj stehende Keile (N₁, n_x nj greifen, welche sich zufolge der Federwirkung (N₂, M₂ n₂) stets nach Mafsgabe der Abnutzung so lange selbstthätig nachstellen, bis ein vollkommenes Abdichten des Kanals erfolgt.

_s Hierzu i Blatt Zeichnungen.