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Pumpe oder Verdichter mit unter ungleichförmiger Winkelgeschwindigkeit
umlaufenden Doppelflügelkolben Die Erfindung bezieht sich auf Flügel; pumpen oder
Verdichter mit umlaufenden Doppelflügelkolben, die mit ungleichförmiger Winkelgeschwindigkeit
angetrieben werden. Diese ungleichförmige Winkelgeschwindigkeit der Flügelkolben
dient zur Erzeugung der notwendigen Raumveränderungen zwischen den Kolben, welche
die Leistung bestimmen; sie muß dabei so wirksam sein, daß die Dauer der einzelnen
Saug- und Druckperioden möglichst gleichmäßig ist, weil bei einer verschieden langen
Dauer dieser Perioden innerhalb einer Umdrehung die Strömungsgeschwindigkeit des
geförderten Gutes entsprechend unregelmäßig beeinflußt wird, woraus sich Stöße erbeben,
die die Maschinenteile verschieden stark beanspruchen, also auch verschieden stark
ermüden.
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Da bei hohen Leistungen eine größtmögliche Betriebssicherheit erzielt
werden muß, kommt der Ausführung desAntriebs hinsichtlich einer stufenlosen Arbeitsweise
eine große Bedeutung zu.
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Bei einer bekannten Flügelkolbenbauart wird der Antrieb mittels elliptischer
Zahnrädergetriebe bewirkt, die sich bei ihren Umdrehungen einander nähern und wieder
entfernen, wodurch abwechselnd eine Raumverminderung oder Raumvergrößerung herbeigeführt
wird. Eine andere Bauart erreicht die Raumveränderungen durch Anwendung einer Exzenterkurvenscheibe.
Diese Antriebe erzeugen wohl eine energische Geschwindigkeitsänderung, können aber
keinen stufenlosen Gang gewährleisten, da pro Umdrehung nur ein Saug- und Druckimpuls
erfolgt.
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Eine Vermehrung der Fördermenge wird bei einer weiteren bekannten
Verdichterbauart dadurch erreicht, daß gegen- und voneinander schwingende Kolbenflügel
mittels Kurbeln angetrieben werden, wobei, um ein Absinken des volumetrischen Wirkungsgrades
der Maschine bei niedrigen Enddrücken zu vermeiden, eine gleichmäßige Förderung
durch voneinander verschiedene Schwinggeschwindigkeiten der Kolbenflügel erzeugt
wird. Die größtmögliche Fördermenge beträgt hierbei bei einem Hin- und Hergange
der Kolbenflügel oder bei einer Umdrehung der antreibenden Kurbeln viermal das von
den Kolbenflügeln eingeschlossene Volumen.
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Dasselbe Ergebnis wird durch eine andere Verdichterbauart erzielt,
bei welcher eine zwangsläufige Bewegung der Kolbenflügel
durch Doppelkurbeln
und Treibstangen herbeigeführt wird, welch letztere um einen außermittig im Verdichtergehäuse
gelagerten Bolzen kreisen, wobei zur Kraftübertragung eine auf den Kolbenflügelwellen
drehbar beweglicheScheibe angeordnet ist, die wiederum durch Kurbeln und Gestänge
mit den Flügeln in Verbindung steht. Dieser Antrieb hat zwar bei der Vielfältigkeit
seiner Übertragungsglieder den Vorteil, daß die Periodendauer annähernd gleichmäßig
wird, indem die Kolbenflügelwellen außer den um den außermittigen Bolzen kreisenden
Doppelkurbeln am anderen Ende je eine weitere Kurbel erhalten, deren Zapfenmitten
auf den Mittellinien der Doppelkurbeln liegen und die mittels Gestänges und Lagerzapfen
mit der losen Riemenscheibe verbunden sind. Jedoch ist hierbei eine Ungenauigkeit
in der Bewegung durch den Bogen, welchen der Lagerzapfen beschreiben muß, unvermeidlich,
so daß auch durch diese Ausführung eine vollkommene Gleichmäßigkeit in den Bewegungen
nicht erzielbar ist.
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Gegenüber den bekannten Ausführungen ist dievorliegendeErfindung dadurch
gekennzeichnet, daß zwei um 9o° versetzte, von einer schräg stehenden Antriebswelle
in Umlauf gesetzte Kreuzgelenkkupplungen die auf mittigen Wellen angeordneten Doppelflügelkolben
antreiben, so daß die Kolbenflügel während einer Umdrehung zwei Impulse mit gleichmäßigem
Kurvenverlauf erhalten. Die Förderung beträgt bei einer Umdrehung achtmal das Volumen,
welches von zwei aufeinanderfolgenden Kolbenflügeln bei ihrer größten Ausladung
begrenzt wird.
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Die Kreuzgelenkkupplungen weisen in ihrem gekrümmten Verlaufe eine
vollkommen gleichmäßige Geschwindigkeitskurve auf, wodurch eine vollkommen ausgeglichene
Verteilung der einzelnen Räume erfolgen kann, die wiederum einen gleichmäßigen Gangverlauf
zur Folge hat, so daß eine weitgehende Sicherheit gegen Störungen infolge Materialermüdung
gewährleistet ist.
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Auf der Zeichnung sind verschiedene beispielsweiseAusführungsformen
derErfindung veranschaulicht.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch den Zylinder X-Y' der Abb. 3.
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Abb. :2 ist ein Querschnitt durch die Kreuz-@elenkkupplung, wobei
sämtliche Wellen auf eine gemeinsame Achse gerückt sind, welche senkrecht auf der
Zeichnungsebene steht und durch Punkt o ersichtlich ist.
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Abb. 3 ist ein Querschnitt durch Y-Y der Abb. t.
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Abb. 4 ist eine Schrägansicht eines Schautelliaares in kleinen, Maßstab.
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_11>h.3 und 6 -zeigen in Seitenansicht und Ouerschnitt eine andere
beispielsweise Ausführungsform eines Schaufelpaares (Schnitt durch Z-Z), (mit solchen
hohlen Schaufeln können die Toträume beseitigt werden).
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Abb. 7 und 8 zeigen die Ein- und Auslaßkanäle für eine als Flüssigkeitspumpe
arbeitende Maschine: Abb.9 ist ein GeschW*indigkeitsveränderungsdiagramm der doppelten
Kreuzge]enkkupplung.
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Das Diagramm gemäß Abb. 9 bezieht sich auf eine Kreuzgelenkkupplung
mit schräg stehenden Wellen. Wenn die schräg gestellte Antriebs-,velle mit gleichbleibender
Geschwindigkeit läuft, Linie I, schwankt die Geschwindigkeit der angetriebenen Arbeitswelle
gemäß der Kurve II, welche bei jeder Umdrehung zweimal dieselben Werte, also periodisch,
annimmt.
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Wenn gleichzeitig eine zweite Arbeitswelle durch eine um 9o° zur ersten
Kupplung versetzten Kreuzgelenkkupplung angetrieben wird, so erhält man die Kurve
II'. Wenn also auf, jede getriebene Welle c und d (vgl. Abb. i und 3) ein Paar Schaufelna-a'
und b-b' gekeilt sind, die in einem geschlossenen Zylinder k, der von den beiden
Stirnwänden h., i geschlossen ist, laufen, und wenn die Wellen durch eine
schräg stehende Antriebswelle e unter Vermittlung der zwei konzentrischen Kreuzgelenkkupplungen
angetrieben werden, so drehen sich die Schaufeln a-a' mit großer Geschwindigkeit,
dagegen die Schaufeln b-b' mit kleinerer Geschwindigkeit.
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ach einer halben Umdrehung, d. h. wenn die Stellungen von a-a' und
b-b' gewechselt sind, wechseln auch die Geschwindigkeiten. In der Stellung nach
Abb. 3 laufen die Schaufeln c-d rascher als die Schaufeln b-b', so- daß die ersteren
sich den letzten nähern.
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Es folgt daraus, daß die Räume zwischen a. und b' sowie
a' und b vermindert werden. Ein flüssiges oder gasförmiges Arbeitsmittel.
welches sich in diesen Räumen befindet, wird also durch die Öffnungen R und R' auslaufen.
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Im Gegenteil hierzu werden gleichzeitig die Räume zwischen a-b und
b'-a' erweitert, so daß ein Ansaugen von Arbeitsmittel durch die Öffnungen A-A'
stattfinden kann. Im Falle eines Luftverdichters öffnen sich A und
A' in der freien Luft.
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Die Kreuzkupplung zwischen den Wellen e und c mit dem Schaufelpaar
b-b' besteht aus dem Kreuz f, welches auf die Welle c aufgekeilt ist. Zwei Zapfen
des Kreuzes f dringen in die Gabel c' ein und zwei andere Zapfen des Kreuzes f in
die Gabel et der schrägen Antriebswelle e. Die zweite Kreuzkupplung besteht aus
dem Ring g, welcher mit vier Zapfen versehen ist. Zwei von diesen Zapfen dringen
in die Gabel d1 der Welle d ein und
die zwei anderen in die Gabel
e. der schrägen Antriebswelle e.
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Bei den Abbildungen sind Nadellager vorhanden; selbstverständlich
können beliebige Zapfenvorrichtungen Anwendung finden, so z. B. zylindrische Zapfen,
Zapfen mit Kugellagern o. dgl. Der Grundgedanke der Erfindung ist die Anwendung
der relativ zueinander periodisch veränderten Winkelgeschwindigkeiten der Wellen
c und d zweier Kreuzgelenkkupplungen. Die Größe der Winkelgeschwindigkeiten ist
jeweils von der Größe des Winkels a abhängig, das ist der Winkel der Schrägstellung
der Antriebswelle e hegen die Achse der Kolbenwellen c und d in der Kreuzgelenkkupplung.
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Vorliegende Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Winkelstellung
beschränkt; vielmehr kann der Antrieb auch mit einer anderen Winkelstellung als
dex in Abb. i dargestellten ausgeführt werden.
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Die Welle e dreht sich auf einem Nadelzapfen, welcher in der Kreuzgelenkkupplungsdose
jeingebaut ist.
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Die Schaufelpaare sind hinsichtlich der Trägheit und Beschleunigung
vorteilhaft so leicht wie möglich auszuführen, da die Geschwindigkeit sich periodisch
ändert. Diese Schaufeln können aus Guß, besonders Metallmischungen von geringem
spezifischen Gewicht, angefertigt werden. Die Naben und die zylindrischen Teile
werden auf der Drehbank, ciie anderen Teile auf Fräsmaschinen mit größter Sorgfalt
auf Erhaltung besten Sitzes und geringsten Spieles in den Dichtungen bearbeitet.
Die Schaufeloberkanten können mit Dichtungen versehen werden.
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Die Schaufeln können auch spiralförmig hergestellt werden.
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Eine vorteilhafte Einrichtung ist, daß jede Schaufelnabe mit einer
Endscheibe versehen wird, wobei die Schaufeln sowohl in der Nabe als auch in der
Scheibe eingekeilt sind. Die Schaufeln a-a' können mit einer Scheibe neben dem Zylinderdeckel,
die Schaufeln b-b' mit einer Scheibe neben dem Zylinderboden verbunden sein. Abb.
5 und 6 zeigen eine Keilverbindung der Schaufeln a-a' mit ihrer Nabe, bei welcher
die Nabe auf der Drehbank bearbeitet sein kann. In diesem letzten Beispiel sind
die Schaufeln hohl und vergrößern sich vom Fuße nach der Oberkante. Mit einem solchen
O_uerschnitt kommen die Schaufeln periodisch* fast zur Berührung, so daß Toträume
fast gänzlich beseitigt werden. Dasselbe gilt auch für die spiralförmigen Schaufeln
gemäß Abb. B.
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Es ist selbstverständlich, daß die Saug-und Auslaßöffnungen durch
ihre Stellungen und ihre Weite die gewünschte Steuerung verwirklichen können. Ein
Rückschlagventil kann ferner in dem Auslaufkanal vorgesehen sein.
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Für Flüssigkeiten empfehlen sich besonders zentral liegende Saugöffnungen
(vgl. A-A' in
Abb. 7) und an den Umfang gelegte Austrittsöffnungen (R-R' in
Abb. 8), so daß die Schleuderwirkung der Kolben und die Raumveränderungen den Durchtritt
der Flüssigkeit durch die Pumpe begünstigen. Für beste Leistungen können jeweils
Form und Lage der Öffnungen, der Kanäle sowie der Schaufeln in bezug auf die Schleuderwirkung
und Raumv eränderungsarbeit ermittelt werden. Die Saugöffnung kann sowohl am Zylinderdeckel
als auch am Zylinderboden angeordnet werden.