DE622554C - Umlaufende Arbeits- und Kraftmaschine mit sichelfoermigem Arbeitsraum und Schwingkolben - Google Patents

Description

• Umlaufende Arbeits- und Kraftmaschine mit sichelförmigem Arbeitsraum und Schwingkolben Bei den bisher bekanntgewordenen Drehkolbenmaschinen werden die einzelnen Arbeitskolben durch Fliehkräfte stark nach außen gedrückt und erzeugen hier vor allem bei höheren Drehzahlen große keibungsverluste. Diese Verluste können die ganze Anlage unwirtschaftlich machen. Bei den be-Izannten Drehkolbenmaschinen, die mit Flachschiebern arbeiten, hat man auch schon entsprechende Auswege geschaffen, indem man entweder mitlaufende Ringe anordnet, welche die Fliehkräfte auffangen, oder aber indem man die Fliehkräfte der Flachschieber durch Gegengewichte ausgleicht.. Drehkolbenmaschinen mit Flachschiebern sind aber grundsätzlich nur geeignet bei einem Betriebe mit geringeren Drücken der Gase oder Flüssiglzeiten. Bei höheren Arbeitsdrücken nämlich werden die Flachschieber infolge der ungünstigen Belastung in ihrer Führung ecken und klemmen, so daß hier Reibungskräfte entstehen, die eine sichere Betriebsführung unmöglich machen. Dieses ist besonders bei Wärmekraftmaschinen der Fall, wo neben höheren Drücken auch höhere Temperaturen auf die Schieber einwirken und dabei praktisch unüberwindliche Schwierigkeiten auftreten lassen. Es sind auch tatsächlich bisher Erfolge mit Flachschiebern bei Wärmekraftmaschinen. nicht bekanntgeworden.
• Für solche Drehkolbenmascbinen, die mit höheren Drücken arbeiten, sind um eine feste Achse hin und her schwingende Kolben besonders geeignet. Bei diesen Schwingkolben werden alle Kräfte, welche auf die Kolben wirken, auf die Drehzapfen übertragen. Es entsteht also hier eine normale Wellenlagerbelastung, bei der man die Reibungswerte sehr gut beherrschen kann, ganz besonders dann, wenn man hier Kugel-, Rollen- oder Nadellager verwendet. Diese Bauarten sind bekannt. Jedoch werden auch hier die Fliehkräfte bei höheren Drehzahlen so groß, daß man diese unbedingt durch Laufringe oder Gegengewichte ausgleichen muß. Im übrigen müssen aber diese Kolben schwingende Bewegungen ausführen, wobei wiederum für die hierbei entstehenden Beschleunigungen und Verzögerungen erhebliche Kräfte erforderlich sind. Diese Kräfte werden auf die Berührungsstelle des Drehschiebers mit der Gehäusewand übertragen und ergeben auch hier wiederum nicht zu beherrschende Reibungsverluste.
• Bei der Anordnung gemäß der Erfindung ist nun die Lage sowie die Größe jedes einzelnen Gegengewichtes so gewählt, daß der Schwerpunktsabstand des ganzen Drehkolbens mit den auftretenden Fliehkräften in jeder Stellung während des Arbeitsspieles ein Drehmoment ergibt, welches annähernd gleich, aber entgegengesetzt zu dem Drehmoment gerichtet ist, das durch die bei den Drehschwingungen des Kolbens auftretenden Beschleunigungs- oder Verzögerungskräfte hervorgerufen wird. Abb. r zeigt schematisch eine Ausführungsform einer solchen Maschine im Ouerschnitt. Die Kolben a sind um Drehzapfen b in einem umlaufenden Gehäuse c drehbar angeordnet und gleiten mit der abdichtenden Kante d auf dem exzentrischen Umfang -des stillstehenden --Körpers e. Die Kolben a tragen Gegengewichte f. Durch diese Gegengewichte f wird der Schwerpunkt jedes einzelnen Kolbens a in die mit s bezeichnete Stelle verlegt. Bei der Berechnung dieses Schwerpunktes s sind die Fliehkräfte zugrunde zu legen, und vor allem ist- die Verschiedenheit der Halbmesser zu berücksichtigen. Die einzelnen Stellungen I, II, III und IV zeigen deutlich, wie sich der Abstand g des Schwerpunktes s von der Schwingachse des Kolbens a verändert und so bemessen ist, daß das durch die Fliehkraft z entstehende Drehmoment annähernd gleich dem Drehmoment ist, welches durch die Beschleunigungskraft oder Verzögerungskraft y bei der schwingenden Drehbewegung heri,orgerufen wird. In der Zeichnung stellt im übrigen h den Eintrittskanal und i den Austrittskanal des Arbeitsmittels dar. Alle weiteren Einzelheiten sind klar aus der Abbildung zu erkennen.
• Abb.2 zeigt grundsätzlich dieselben Bauteile, jedoch sind hier die Schwingkolben in dem innenliegenden, umlaufenden Drehkörper angeordnet, so daß die Dichtungskante d der Kolben a gegen die Innenseite des exzentrisch angeordneten, stillstehenden Gehäuses abdichten. Auch hier sind die Gegengewichte f derart angeordnet, daß die Verzögerungs-und Beschleunigungskräfte bei den Schwingungen annähernd ausgeglichen sind, so daß die Dichtungskanten d nur mit geringem Druck an der äußeren Gehäusewand entlang gleiten. Die einzelnen Bezeichnungen sind genau denen der Abb. r entsprechend gewählt. Auch bei dieser Abbildung sind alle wichtigen Einzelheiten ohne weiteres erkennbar. -Die Durchführung der Schwerpunktsberechnung ergibt nun, das die Schwerpunktslage ganz besonders bei höheren Drehzahlen äußerst genau festgelegt werden muß. Schon geringe Verlagerungen des Schwerpunktes -z. B. durch Abnutzung der Dichtungskante hervorgerufen - lassen erhebliche Unterschiede in den Drehmomenten der Fliehkräfte einerseits und der Verzögerungs- -oder Beschleunigungskräfte andererseits auftreten. Diese Unterschiede bewirken nun, daß entweder die Dichtungskantend der Schwingkölben a reit großer Kraft gegen den stillstehenden Umfang gedrückt werden, so daß große Reibungskräfte entstehen, oder aber daß die Dichtungskanten d sich von dem Umfang abheben. Beide Fälle sind unbedingt zu vermeiden,. da sowohl -in dem einen wie in dem anderen Fall die Maschine unbrauchbar ist. Nach Abb. 3 wird nun die Dichtungskante d elastisch mit dem Kolben a verbunden, so daß eine selbsttätige Einstellung des Kolbens erfolgen kann. Wird z. B. das durch die Fliehkraft mit dem Schwerpunktsabstand g erzeugte Drehmoment größer als das durch die Beschleünigungs- oder Verzögerungskräfte hervorgerufene Drehmoment, so kann sich der Kolben etwas weiter drehen, bis der Schwerpunktsabstand so klein geworden ist, daß die obengenannten entgegengesetzt gerichteten Drehmomente sich aufheben. Dieselbe Einstellung wird auch erfolgen, wenn das Kräfteverhältnis umgekehrt ist. In diesem Fall kann sich alsci der Schwerpunktsabstand so länge vergrößern, bis auch hier wieder Angleichung des einen Drehmoments an das andere erfolgt ist. Durch diese federnde Leiste wird also keineswegs beabsichtigt, lediglich eine Abdichtung zwischen dem schwingenden Kolben und dem Gehäuseumfang zu erzielen. Diese federnde Leiste hat vielmehr den Zweck, ein elastisches Glied zwischen dem Kolben und dem Gehäuseumfang zu schaffen, so daß eine selbsttätige Einstellung des Kolbens während des Arbeitsspieles in der geschilderten Weise erfolgen kann. Abnutzungen der Dichtungskanten oder aber ungenaue Schwerpunktlagen, z. B. durch Lunker o. dgl. hervorgerufen, haben also keinen nennenswerten Einfluß auf die Arbeitsweise der Maschine.
• Abb. 4 zeigt den oben beschriebenen Erfindungsgedanken in etwas anderer Ausführung. Es ist hier gewissermaßen eine Trennung des Gegengewichtes f von dem eigentlichen Schwingkolben a vorgenommen, und zwar durch ein elastisches Zwischenglied, z. B. eine Feder h. Bei dieser Anordnung ist vor allen Dingen Wert darauf gelegt, daß alle Kräfte . durch Zapfenlager übertragen und so die ungünstigen gleitenden Reibungen, wie sie in Abb.3 zwischen der federnden Leiste und dem Drehkörper auftreten können, vermieden sind. Auch bei dieser Anordnung soll erreicht werden, daß die elastische Verbindung zwischen dem Kolben und dem Gegengewicht erforderlichenfalls eine Veränderung des Schwerpunktes und damit eine selbsttätige Einstellung sowie einen selbsttätigen Ausgleich aller Drehmomente zuläßt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: z. Umlaufende Arbeits- und Kraftmaschine mit sichelförmigem Arbeitsraum und um feste Achsen hin und her schwingende halbkreisförmige Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß Gegengewichte (f) auf der der abdichtenden Kante (d) gegenüberliegenden Seite der Kolben (a) angeordnet sind und sowohl in der Lage wie auch in der Größe so gewählt sind, daß der Schwerpunktsabstand des ganzen schwingenden Kolbens mit den auftretenden Fliehkräften in jeder Lage während des Arbeitsspieles ein Drehmoment ergibt, welches annähernd gleich, aber entgegengesetzt zu dem Drehmoment gerichtet ist, das durch die bei den Drehschwingungen des Kolbens auftretenden Beschleunigungs- oder Verzögerungskräfte hervorgerufen wird. z. Umlaufende Arbeits- und Kraftmaschine nach Anspruch z, dadurch ,gekennzeichnet, daß die schwingenden Kolben (a) an der abdichtenden Kante (d) federnde Leisten tragen, welche eine selbsttätige Einstellung der Kolbenschwerpunkte während des Arbeitsspieles zulassen. 3. Umlaufende Arbeits- und Kraftmaschine nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegengewichte (f) mit den eigentlichen Kolben durch ein elastisches Glied, z. B. eine Feder (h), verbunden sind und so eine selbsttätige Einstellung der Kolbenschwerpunkte während des Arbeitsspieles zulassen.