-
Kraft- oder Arbeitsmaschine mit umlaufendem Rotor und in dem Rotor
quer zur Rotordrehachse hin und her verschiebbarem Kolben Gegenüber einer .gewöhnlichen
Kraft- oder Arbeitsmaschine hat eine Kraft- oder Arbeitsmaschine mit umlaufendem
Rotor den Vorteil, keine Ventile, Klappen oder sonstige Steuerorgane zu benötigen
und keine einer Massenbeschleunigung unterworfenen Teile zu besitzen. Sie wird weiterhin
für die gleiche Leistung wesentlich kleiner und leichter als die gewöhnliche Maschine
mit stillstehenden Zylindern. Sie ist ferner für hohe Drehzahlen geeignet und kommt
in dieser Beziehung den Turbinen sehr nahe, ohne jedoch die Nachteile der Turbinen
zu besitzen.
-
Der Rotor muß folgenden Bedingungen genügen: Er muß trotz leichten
Laufs eine gute Abdichtung gewährleisten, möglichst kleinen Durchmesser und möglichst
kleine Länge besitzen, um die Umfangsreibung niedrig zu halten und sich schließlich
bei einer gegebenenfalls auftretenden Abnutzung, durch die die Arbeitsfähigkeit
der ganzen Maschine in Frage gestellt werden würde, nachstellen lassen.
-
Um diese Bedingungen zu erfüllen, ist der Rotor entsprechend der Erfindung
so ausgebildet, daß er und das Rotorgehäuse schwach kegelförmig ausgebildet sind
und der Rotor in Längsrichtung von außen her ohne Abnahme irgendwelcher Teile verstellbar
ist. Hierdurch wird eine außerordentlich gute Abdichtung des Rotors gegenüber dem
Gehäuse bei einem leichten Lauf des Rotors erzielt, ohne daß irgendeine seitliche
Abdichtung zwischen dem Rotor und dem Rotorgehäuse vorgesehen zu sein braucht. Auch
wird die Bearbeitung des Rotors mit schwach kegelförmiger Außenfläche einfacher,
da er sich beim Laufen besser einschleifen läßt.
-
Entsprechend der Erfindung sitzen die Kolben der Maschine ohne Zwischenteile
unmittelbar auf dem gegebenenfalls mit einer Reibungsrolle ausgerüsteten Zapfen
einer feststehenden Achse, wodurch auch die in der Maschine auftretende Reibung
auf das geringstmögliche Maß verringert und außerdem der Rotor möglichst klein im
Durchmesser wird. Bei einer derartigen Ausbildung lassen sich auch eine beliebige
Anzahl Kolben hintereinander und gegebenenfalls unter verschiedenen Winkeln zueinander
auf ein und demselben Zapfen anordnen, wodurch die Leistung der Maschine vervielfacht
und der Lauf der Maschine ein gleichmäßigerer wird.
-
Die Kolben werden vorteilhafterweise, um den Rotor so kurz wie möglich
zu halten, und um den Umfang des Rotors möglichst ausnutzen zu können, flach ausgebildet,
d. h. sie besitzen in Richtung der Drehachse des Rotors nur eine geringe Höhe und
ebene Seitenflächen.
-
Wünscht man die Verwendung von zylindrischen Kolben, so kann der Rotor
mit zwei sich kreuzenden zylindrischen Bohrungen versehen werden, in denen je ein
Kolben verschiebbar untergebracht wird, der sich aus zwei zylindrischen Kopfteilen
und einem halbzylindrischen Mittelteil zusammensetzt, wobei die halbzylindrischen
Mittelteile der Kolben mit ihren ebenen Flächen aneinanderliegen und gemeinsam auf
demselben Zapfen der stillstehenden Achse sitzen.
Bei einer derartigen
Ausbildung führen sich die beiden Kolben selbsttätig geradlinig in ihrer Verschiebungsrichtung,
ohne daß hierfür besondere Einrichtungen vorgesehen sein müssen.
-
Auf der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele entsprechend
der Erfindung dargestellt.
-
Abb. i zeigt einen Längsschnitt mit drei in dem Rotor quer zur Rotordrehachse
hin und her verschiebbaren Kolben.
-
Abb.2 zeigt einen Querschnitt nach 11-II der Abb. i, bei der der geschnittene
Kolben die Lage bei Beginn der Öffnung der Auslaßöffnung einnimmt, und Abb. 3 zeigt
einen der Abb. 2 entsprechenden Querschnitt bei weitergedrehtem Rotor. Abb. 4. zeigt
eine Seitenansicht auf einen der bei einer Maschine nach Abb. i und 2 verwendeten
Kolben, während Abb.5 teils einen Querschnitt, teils eine Stirnansicht nach V-V
der Abb. 4 zeigt und Abb.6 eine Aufsicht auf den Kolben wiedergibt.
-
Abb. 7 zeigt einen Längsschnitt durch eine Maschine mit zwei sich
unter 9o ° kreuzenden Kolben, und Abb_ 8 gibt einen Querschnitt nach VIII-VIII der
Abb. 7 wieder.
-
Bei beiden dargestellten Ausführungsbeispielen erweitert sich das
Rotorgehäuse nach seinem einen Ende schwach kegelförmig und ist an seinem weiteren
Ende durch einen Deckel 2 abgeschlossen. Im Innern des Rotorgehäuses i ist der mit
einer entsprechenden kegelförmigen Umfangsfläche versehene Rotor 3 mittels seiner
Welle 4 in dem nabenförmigen Ansatz 5 des Gehäuses i drehbar gelagert. Über die
mit Außengewinde versehene Nabe 5 des Gehäuses i ist eine Stellbüchse 6 geschraubt,
die mit ihrer nach innen ragenden Stirnwand 7 die Rotorwelle 4 mit Spiel umgibt.
Zwischen der Stirnwand 7 und der Nabe 8 einer auf der Welle 4 sitzenden Kupplungshälfte
8' und zwischen der Stirnwand 7 und einem Ansatz 4' der Welle 4 sind Längskugellager
9 und io angeordnet, deren Ringe lose auf der Welle 4 sitzen. Eine Gegenmutter i
i dient zur Festlegung der eingestellten Lage der Stellbüchse 6. Die Rotorwelle
4 wird demgemäß durch die Stellbüchse 6 unverrückbar in ihrer Lage festgehalten.
Wird die Stellbüchse 6 verstellt, so nimmt sie bei dieser Verstellung die Rotorwelle
4 und somit den Rotor 3 in axialer Richtung mit, so daß eine mehr oder weniger scharfe
Führung des Rotors 3 im Gehäuse i erzielt wird. Diese Führung wird so gewählt, daß
gerade noch eine gute Abdichtung vorhanden ist.
-
Bemerkt wird noch, daß die Stelibüchse 6 keinen Einfluß auf die zentrische
Lage des Rotors im Gehäuse hat, wodurch jegliches Festklemmen des Rotors im Gehäuse
vermieden wird.
-
Auf der Innenseite des Rotorgehäuses i ist in der Nabe 5 eine Stopfbüchse
vorgesehen, bei der bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel eine Überwurfmutter
21 eine kegelförmige Manschette 22 aus Leder oder sonstigem Dichtungsmaterial gegen
die Welle preßt. Die Anordnung dieser Stopfbüchse 21, 22 auf der Innenseite des
Gehäuses hat den Vorteil, daß das der Welle 4 zugeführte Schmiermittel nicht durch
den im Gehäuse entstehenden Überdruck nach außen aus der Nabe 5 herausgedrückt werden
kann. Auch wird durch den im Gehäuse i herrschenden Überdruck die kegelförmige Ledermanschette
oder sonstige Dichtungspackung 22 fest gegen die Rotorwelle 4 und in die Bohrung
der Nabe 5 gedrückt.
-
Der Rotor 3 besteht im wesentlichen aus einer kegelförmigen Trommel
und besitzt eine oder mehrere quer zu seiner Achse verlaufende Kammern, die die
Kolbenzylinder bilden, in denen die Kolben quer zur Drehachse hin und her- verschiebbar
angeordnet sind.
-
Bei dem in den Abb. i bis 6 gezeichneten Ausführungsbeispiel der Maschine
ist diese mit drei nebeneinanderliiegenden doppelt wirkenden Kolben 14, i4', 14"
ausgerüstet, die in drei Querbohrungen 13, 13', 13" des Rotors 3 untergebracht sind.
Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel sind zur Verkürzung der Länge des Rotors
die Kolben 14, 14', 14" Flachkolben mit quer zur Drehachse des Rotors stehenden
ebenen Stirnflächen, und dementsprechend besitzen die drei Kammern 13, 13', 13"
in dem Rotor 3 ebenfalls ebene Wandflächen und sind durch die Zwischenwände 12 voneinander
getrennt. Die Kolbenkammern 13, 13', 13" und dementsprechend die Kolben können entweder
parallel zueinander oder gegeneinander versetzt vorgesehen sein. In Abb. i sind
die drei Kammern 13, 13', 13" der Deutlichkeit wegen in einer Linie liegend gezeichnet,
während die Kammern 13, 13', 13" tatsächlich entsprechend Abb. 2 unter einem Winkel
von je i 2o° zueinander angeordnet' sind.
-
Sämtliche drei Kolben 14, 14', 14" sitzen mit Schlitzen 18, 18', i8"
auf demselben Zapfen 16 einer stillstehenden Achse 17, und es ist zur Verringerung
der Reibung zweckmäßig, den Zapfen 16 mit einer gegebenenfalls mit Wälzkörpern ausgerüsteten
drehbaren Lagerbüchse 15 zu versehen. Abb. i zeigt beispielsweise den Zapfen 16
exzentrisch an der Achse 17 angeordnet, Achse 17 ist undrehbar in der Mitte des
Deckels :2 befestigt, -während die Abb. 7 die Achse 17 exzentrisch in dem Dekke
12
angeordnet zeigt. In beiden Ausführungsbeispielen ist der Zapfen 16 exzentrisch,
dem halben Hub der Kolben in dem Rotor entsprechend zu der Mittelachse des Rotors
3 in dem Gehäuse angeordnet. Zwischen den Seitenwänden der in den mittleren Teilen
der Kolben 14, i4', 14" vorgesehenen Schlitze 18, 18', 18" und der auf dem Zapfen
16 sitzenden Reibungsrolle oder Lagerbüchse 15 sind Blattfedern i9, i9', i9" angeordnet,
die somit die gegen die-Büchse 15 des Zapfens 16 anliegenden Seitenflächen der Führungsschlitze
18, 18', 18" der Kolben bilden und die mit ihren Enden in seitliche Nuten der Führungsschlitze
eingreifen, wie dies am besten Abb. 2 erkennen läßt, und zwar derart, daß die Federn
sich in Richtung der Kolbenlängsachse, also quer zur Rotordrehachse, um einige Zehntel
Millimeter durchbiegen können, bevor sie gegen die festen Wände der Schlitze 18,
18', 18" zur Anlage gelangen, wodurch ihre Durchbiegungen begrenzt werden. Die Begrenzung
der Durchbiegungen der Feder i9, i9', i9" ist deshalb von Wichtigkeit, um die Federn
nicht zu stark machen zu müssen.
-
Das Fehlen jeglicher schädlichen Räume bei dieser Anordnung macht
eine derartige Maschine besonders auch als Hochvakuumpumpe u. dgl. geeignet.
-
Bei der Drehung des Rotors 3 verschieben sich wegen der exzentrischen
Lage des Zapfens 16 zur Drehachse des Rotors die Kolben 14, 14', 14" mit ihren von
den Federn i9, i9', i9" gebildeten Gleitführungen auf dein Zapfen hin und her und
führen hierbei eine Hinundherverschiebung in den Kolbenkammern 13, 13', 13" aus.
-
Dadurch, daß bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel Flachkolben
verwendet sind, die zwischen den ebenen Flächen der Querwände des Rotors verschiebbar
sind, ist die Anordnung einer besonderen Gradführung für die Kolben 14, i4', iq_"
nicht notwendig, die sonst notwendig sein würde, da die Kolben von dem Zapfen 16
nicht gegen eine Drehung um ihre Längsachsen festgehalten werden.
-
Um die Bildung von schädlichen Räumen zwischen der inneren Umfangsfläche
des Gehäuses i und den Kolbenstirnflächen 25 bzw. 25' bzw. 25" beim Arbeiten der
Maschine zu verhindern, sind diese Stirnflächen 25, 25', 25" genau entsprechend
der Form der Lauffläche (d. i. der inneren Umfangsfläche) des Gehäuses i ausgebildet,
d. h. also quer zur Rotordrehachse gekrümmt und in Längsrichtung der Drehachse konisch
ausgebildet, wie dies die Abb. i und 2 erkennen lassen.
-
Die bei einer Ausführungsform der Maschine nach den Abb. i und 2 verwendeten
Kolben sind vorteilhafterweise im einzelnen so ausgebildet, wie dies die Abb. 4
bis 6 erkennen lassen, indem sie an ihren Seiten je mit einer doppelten Ledermanschette
20, 20' versehen sind. Die Verwendung derartig ausgebildeter Kölben ist besonders
bei der Verwendung der Maschine als Flüssigkeitspumpe zweckmäßig.
-
Das Rotorgehäuse ist schließlich noch mit der Einlaßöffnung 23 und
der Auslaßöffnung 24 versehen, an die sich der Zuführungsstutzen 23' und der Auslaßstutzen
24' anschließen.
-
Die in den Abb. 7 und 8 dargestellte Ausführungsform einer Maschine
unterschei-let sich von der eben beschriebenen dadurch, daß der Rotor 3 mit zwei
sich kreuzenden zylindrischen Kammern 33, 33' versehen ist, die in derselben O_uerschnittsebene
des Rotors 3 liegen. In diesen zylindrischen Kammern 33, 33' ist je ein Kolben 29,
29' verschiebbar angeordnet. Jeder Kolben 29, 29' besitzt zwei zylindrische Kopfteile
30, 31 bzw. 3o' und 31' und je einen halbzylindrischen Mittelteil, welche mit ihren
ebenen Flächen 34 34' aneinanderliegen und wieder gemeinsam auf demselben Zapfen
16 einer Achse 17 sitzen, die exzentrisch in dem Deckel 2 des Rotorgehäuses i befestigt
ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Führungsschlitze 18, i8' in den
Mittelteilen 32, 32' der Kolben 29, 29' wieder mit Blattfedern i9,-i9' versehen.
Die aneinanderliegenden ebenen Flächen 34, 34' der beiden Kolben bewirken eine gegenseitige
Gradführung der Kolben in den Kolbenzylindern 33, 33'.
-
Um die beiden Kolben 29, 29' in die Kammern 33, 33' des Rotors 3 einführen
zu können, ist das Kopfende 31 des einen Kolbens 29 abnehmbar auf dem mittleren
Teil 32 des Kolbens 29 aufgeschraubt. Bei der Einbringung der Kolben in ihre Kammern
wird (lann erst der Kolben 29' in seine Kammern 13' vollkommen hineingeschoben,
und hierauf wird der Kolben 29 ohne das Kopfstück 31 mit seinem mittleren Teil
32 zuerst in seine Kammer 33 hineingeschoben, wobei dann die ebenen Seitenflächen
34, 34' der beiden mittleren Teile 32, 32' der Kolben 29, 29' aufeinander zu gleiten
kommen. Hierauf wird dann das Kopfstück 31 auf den mittleren Teil 32 des Kolbens
29 aufgeschraubt.
-
Bei beiden Ausführungsformen, deren Arbeite- und Wirkungsweise im
wesentlichen die gleiche ist, dreht sich der Rotor 3 in Richtung des Pfeiles 27
in dem Rotorgehäuse i, und hierbei verschieben sich die Kolben relativ zu der Drehachse
des Rotors 3, indem sich tatsächlich die Kammern 13, U', 13" bzw. 33, 33' des Rotors
3 in der Richtung der Längsachsen der durch den feststehenden Zapfen 16 festgehaltenen
Kolben verschieben.
Hierbei wird, wenn es sich um eine Arbeitsmaschine
handelt, die Flüssigkeit oder das Gas durch die Einlaßöffnung 23 angesaugt und durch
die Auslaßöffnung 24 wieder herausgedrückt, während bei einer Kraftmaschine mit
Hilfe des Antriebsmittels die Rotorwelle 4 in Drehung versetzt wird.
-
Die Arbeitsweise der Maschine zeigen insbesondere auch die Abb.2 und
3, die die Stellung eines Kolbens bei Beginn der Öffnung der Auslaßöffnung und eine
gewisse Zeit später zeigen.
-
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen der Maschine erstreckt
sich die Auslaßöffnung in der Umfangsrichtung des Rotörgehäuses über ein derartiges
Maß, daß die Kolben in ihren Endstellungen mit ihren beiden Stirnflächen mit der
Auslaßöffiiung 24 in Verbindung stehen, was zur Folge hat, daß die Kolben in ihren
Endstellungen von jeglichem einseitigen Druck entlastet sind und infolgedessen mittels
der Blattfedern mit Sicherheit mit ihren Stirnflächen an die Gehäusewandung angedrückt
werden (s. Abb. 2 und Abb. 8). Bei der Weiterdrehung des Rotcars entsprechend Abb.
3 verläßt der in dieser Abbildung dargestellte Kolben 14 mit seiner einen Stirnfläche
die Auslaßöffnung 24 und bewegt sich mit dieser Stirnfläche auf die Einlaßöffnung
23 zu. Trotzdem ist aber bei der Stellung der Teile nach Abb. 3.- der Kolben 14
mit seiner einen Stirnfläche immer noch an die Gehäusewandung angedrückt und bleibt
in dieser angedrückten Stellung, bis sich die vorher durchgebogene Blattfeder i9
wieder vollkommen entspannt hat, also ihre ebene Lage wieder eingenommen hat. In
diesem Augenblick hat der Kolben 14 mit seiner einen Stirnfläche schon die Einlaßöffnung
23 erreicht. Hierdurch wird vermieden, daß der Kolben 14 und in entsprechender Weise
auch die übrigen Kolben bei ihrer Verdrehung aus ihrer Endstellung, in der sie mit
der Ausfaßöffnung 24 in Verbindung stehen, sofort wieder zu saugen anfangen, wobei
dann in unerwünschter Weise frische Luft aus der Auslaßöffnung 24 angesaugt werden
würde. Das Übermaß der exzentrischen Lagerung des Zapfens 16 gegenüber dem ermöglichten
sogenannten Hub der Kolben im -Rotor bzw. die Durchbiegung der -Blattfedern ist
also derart bemessen, daß die Kolben erst wieder zu saugen anfangen, wenn sie die
Einlaßöffnung 23 erreicht haben.