-
Kraft- oder Arbeitsmaschine mit stets in gleichem Drehsinn mit sich
periodisch änderndem Verhältnis ihrer Winkelgeschwindigkeit umlaufenden Kolben Die
Erfindung betrifft eine Kraft- oder Arbeitsmaschine mit mindestens zwei zwischen
sich den Arbeitsraum einschließenden Drehkolben, die stets im gleichen Drehsinn
mit sich periodisch änderndem Verhältnis ihrer Winkelgeschwindigkeit umlaufen und
von denen mindestens einer mit der Triebwelle (Kraft- oder Antriebswelle) durch
ein Zahnradübersetzungsgetriebe mit elliptischen Zahnrädern oder normalen Zahnrädern
mit exzentrischer Drehachse gekuppelt ist. Bei derartigen Maschinen ist man immer
genötigt, wenn die Bewegung der Kolben kinematisch überhaupt brauchbar sein soll,
die Getrieberäder, die zum Antrieb des einen Kolbens dienen, gegenüber denen des
anderen Kolbens um ein gewisses Winkelmaß zu versetzen.
-
Die Erfindung besteht nun in der neuen technischen Lehre, daß, wenn
die Forderung gestellt wird, in der Ausgangsstellung der beiden Kolben zwischen
diesen einen ganz bestimmten Totraum und gleichzeitig eine bestimmte Größenänderung
dieses Raumes während eines Arbeitsvorganges zu erhalten, man dieser Forderung jederzeit
dadurch nachkommen kann, daß man der Größe des Intervallen, innerhalb dessen Grenzen
sich während eines Umlaufes der Kolben das Übersetzungsverhältnis ändert, einen
ganz bestimmten Versetzungswinkel der Getrieberäder gegen die Kolben zuordnen muß.
-
Die Erfindung wird an Hand der Abbildungen, insbesondere der Bewegungsschemata
(Fig. 3 und 4), deutlicher. Um das Verständnis der Bewegungsschemata zu erleichtern,
ist in den Fig. i und z zunächst der an sich bekannte Aufbau der Maschine dargestellt.
Darin sind i und z die beiden in einem Ringkanal beweglichen Kolben. Dieser Ringkanal
ist gebildet von dem Gehäuse 3 und den Seitenwandungen der beiden relativ zueinander
drehbaren Kolbenräder 4 und 5, von welchen das eine den Kolben i und das andere
den Kolben 2 trägt. Jedes Kolbenrad ist über eine Welle mit der gemeinsamen Antriebs-
oder Kraftwelle 6 durch ein Zahnradgetriebe gekuppelt, das bei der dargestellten
Maschine aus zwei Zahnrädern 7 und 8 bzw. 9 und io besteht. Die Zahnräder eines
jeden dieser beiden Getriebe stimmen in Größe und Form überein und haben elliptische
Gestalt. Ihre Drehachse geht jeweils durch den einen Brennpunkt der Ellipse. Der
Abstand d er Triebwelle 6 von deij Wellen der Kolbenräder 4 und 5 ist gleich dem
großen Durchmesser der Ellipse. An Stelle elliptischer Räder können auch kreisrunde
Räder verwendet werden, die dann entsprechend exzentrisch zu lagern sind.
-
In den Fig. i bis ¢ sind die gleichen Teile mit den gleichen Bezugzeichen
versehen. An Hand der Fig. 3 und 4 erkennt man zunächst folgendes.
-
Wären die Räder 7 bis io gewöhnliche, zentrisch gelagerte kreisrunde
Räder und würde man die Welle 6 mit gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit in Umlauf
setzen, so würden die beiden Wellen i i und 12, die über
die Kolbenräder
3 und 4 die Kolben i und 2 bewegen, auch mit gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit
umlaufen, und zwar ohne daß sie ihren Abstand voneinander ändern.
-
Finden än Stelle kreisrunder zentrisch ge. lagert-er Räder elliptische
Räder 7 bis io Verwendung, wobei die beiden Räderpaare 7, 8 sowie 9, io so auf ihren
Wellen angeordnet sind, daß das Übersetzungsverhältnis der beiden Räderpaare in
jedem Augenblick das gleiche ist, also ein Versetzungswinkel Null vorliegt, und
setzt man jetzt die Welle 6 mit gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit in Umlauf,
so würden zwar auch dann wieder die beiden Kolben i und 2, ohne ihren gegenseitigenAbstand
zu ändern, umlaufendhintereinander hereilen, nur .daß sich dabei die Winkelgeschwindigkeit,
mit der die beiden Kolben umlaufen, ständig ändert.
-
Bei .den Verhältnissen, wie. sie in Fig. 4 tatsächlich dargestellt
sind, ist- nun bei Verwendung von elliptischen Rädern der Versetzungswinkel der
Räder nicht Null, sondern beträgt i8o°. Der größte Halbmesser des Rades 7 weist
in Fig. 4 nach oben, während der des Rades 9 nach unten gerichtet ist. Betrachtet
man hierbei wieder die Bewegungsverhältnisse für das Räderpaar 7, 8, so sieht man,
daß, wenn « die Welle 6 wieder mit gleichbleibender Whikelgeschwindigkeit gedreht
wird, .das Rad 7 und damit die Welle i i und der Kolben i zunächst mit einer größten
Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, die dann allmählich bis auf einen Geringstwert
abnimmt und von neuem auf den Größtwert anwächst. Für das Räderpaar 9, io ergibt
sich etwas Ähnliches, nur daß bei der in Fig_ 4 dargestellten Stellung dieser beiden
Räder zueinander das Rad 9 und damit die Welle 12 und. der Kolben 2 zunächst mit
einer kleinsten Winkelgeschwindigkeit umläuft, die dann auf ein Größtmaß anwächst,
um schließlich wieder auf das Kleinstmaß zurückzugehen. Hieraus folgt, daß, wenn
man das Getriebe, wie es in Fig. 4-gezeigt 'ist, in Bewegung setzt, die beiden Kolben
i und 2 in Fig.3 gegeneinander laufen müssen. Die Winkelgeschwindigkeit, mit der
sich der Kolben i fortbewegt, wird nämlich vom ersten Augenblick der Bewegung der
Welle 6 an abnehmen, während die des Kolbens 2 von diesem Augenblick an zunimmt.
Der Versetzungswinkel von 18o° kann also bei den gewählten Verhältnissen nicht zur
Anwendung gebracht werden; es sei denn, daß man den Abstand a zwischen den beiden
Kolben in der Ausgangsstellung größer wählt, als gezeichnet ist, und zwar so groß,
daß eben die beiden Kolben während eines Umlaufes niemals aufeinandertreffen. Umgekehrt
kann man natürlich auch an dem Abstand a festhalten und den Versetzungswinkel zwischen
den Rädern 7 und 9 so lenge verändern, bis die Gefahr des Gegeneinanderlaufens der
beiden Kolben beseitigt ist.
-
In dem erstenFall muß man sich damit ibfinden, daß der Raum a .eine
Größe annimmt, die u. U., je nachdem für welchen Zweck die Maschine Verwendung findet,
gerade einen sehr ungünstigen Wirkungsgrad der Maschine ergibt.
-
Welche Folgen der zweite Ausweg, nämlich die Verkleinerung des Versetzungswinkels
zwischen den beiden Rädern 7 und 9, hat, wird deutlich, wenn man sich in Erinnerung
ruft, was vorstehend ausgeführt wurde über den Grenzfall, wo der Versetzungswinkel
Null ist. Ist der Versetzungswinkel Null, so ändert sich der Abstand während eines
Umlaufes der beiden Kolben überhaupt nicht, so daß die Maschine als Pumpe, Dampfmaschine,
Verbrennungskraftmaschine o. dgl. ebenfalls nicht zu brauchen wäre. In dem Fall,
der vorher als zweiter Ausweg gekennzeichnet worden war, würde man sich demnach
damit abfinden müssen, daß .der sich ändernde Raum zwischen den beiden Kolben verringert
und damit die Brauchbarkeit der Maschine beeinträchtigt wird.
-
Die Erfindung lehrt nun, daß man es dennoch in der Hand hat, sowohl
die Größe des Anfangstotraumes wie, die Größe seiner Veränderung während eines Arbeitsspieles
gleichzeitig frei zu wählen. Man darf nur nicht, negativ ausgedrückt, entweder den
Versetzungswinkel allein oder das übersetzungsverhältnis allein ändern, sondern
muß das Verhältnis dieser beiden Größen zueinander je nach den gestellten Forderungen
entsprechend einrichten. Daß man das gesteckte Ziel durch Anwendung der neuen technischen
Lehre tatsächlich erreichen kann, läßt sich, wenn man von einem eingehenden mathematischen
Beweis absieht, ohne große Schwierigkeiten feststellen, wenn man sich, von den vorherigen
Untersuchungen der Bewegungsverhältnisse ausgehend, .den eigentümlichen Einfluß,
den die Wahl des Versetzungswinkels und den, welchen die Wahl ;des Übersetzungsverhältnisses
auf die Bewegungsvorgänge ausübt, vor Augen führt.