Maschine mit wenigstens einer kreissehwingenden Wälzscheibe. Es sind verschiedenen Zwecken dienende 3iaschinen bekannt, bei welchen eine Scheibe, ein Ring oder dergleichen mit Vorsprüngen versehen ist. die sich im grossen und ganzen radial nach aussen oder innen erstrecken und die, von einem Exzenter oder einer Kurbel angetrieben, eine kreisschwingende, soge- nannte parazyklische, Bewegung ausführen.
Die Scheibe oder der Ring macht dabei die Drehung des Exzenters um seine Achse nicht mit, vielmehr schwingt jeder Punkt des be wegten Teils auf einem Kreise, dessen Ra dius und Drehsinn dem des Exzenters gleich ist.
Bei den bekannten Maschinen dieser Bau- art hat man die Steuerung des von der Ma schine beförderten Mittels (Flüssigkeit, Dampf, Gas) oder des Energie erzeugenden, in die Maschine geleiteten Mittels in solche Teile der :'Maschine verlegt, welche eine reine Drehbewegung, also keine parazy klische Be- wegung, ausführen. Bei hohen Drehzahlen entstehen dann für die Steuerungsteile hohe Relativgeschwindigkeiten, also grosse Abnut zung.
Es sind auch hin und wieder Ansätze zur Steuerung des Arbeitsmediums mittelst parazyklisch bewegter Scheiben gemacht wor den. Soweit solche Ansätze für Arbeits maschinen überhaupt in Betracht kamen, scheiterten sie an der Trennung der Steuer scheiben von den Verdrängerscheiben. Die langen Flüssigkeitswege, die sich .dabei er gaben, verboten die Anwendung schnell- laufender Motoren.
Die Erfindung betrifft nun eine Maschine mit wenigstens einer kreisschwingenden "VlTälzseheibe, die zwischen starr mit dem Ge häuse verbundenen Scheiben dicht gleitet und mit im wesentlichen radialen Vorsprün gen versehen ist, die in entsprechende Aus nehmungen des mit dem Gehäuse starr ver bundenen Cregenkolbens eingreifen, und be steht darin, dass die Wälzscheibe die in den starr mit dem Gehäuse verbundenen Scheiben vorgesehenen Öffnungen für den Zu- und Ab fluss des Arbeitsmediums steuert.
Dabei kön nen die Vorsprünge der Wälzscheibe und die zugehörigen Ausnehmungen des mit dem Gehäuse starr verbundenen Gegenkolbens auch so geformt sein, dass sie die Wälzscheibe zugleich führen.
Der das Arbeiten der Maschine nachteilig beeinflussende Achsialdruck kann zweck mässig dadurch vermieden werden, dass so wohl die Einlauf-, als auch die Auslauf kanäle zu beiden Seiten der Wälzscheibe an geordnet werden, dass also eine beiderseitige Beaufschlagung der Scheibe stattfindet. Durch diese symmetrische Druckbelastung der Wälzscheibe wird die Entstehung von Agial- schüben von Anfang an verhindert.
Es können auch mehrere Gruppen von Wälzscheiben vorgesehen sein, von denen man die eine Gruppe als Motor, beispielsweise durch Beaufschlagung von Dampf, die an dere Gruppe als Arbeitsmaschine, zum Bei spiel als Kompressor oder Pumpe, arbeiten lässt, ferner kann der Zahnkranz einer Wälz- scheibe in als Motor und als Pumpe arbeitende Teile zerlegt werden.
Einige Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes sind in den Fig. 1 bis 8 der Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 stellt eine Pumpe einfachster Bau art für kleine Leistungen dar; Fig. 2 stellt die Aussenansicht der Pumpe mit dem zugehörigen elektrischen Antriebs motor und der Kabelzuführung dar. Der Elektromotor und die Art des Antriebes wer den als bekannt vorausgesetzt; Fig. 3 ist ein Querschnitt nach der Linie a -a der Fig. 1. Die Druckschlitze 17 liegen oberhalb der Bildebene und sind deshalb dünn ausgezogen; Fig. 4 zeigt eine zweistufige Pumpe.
Die einzelnen Stufen und der Antrieb sind ideu- .tisch mit den in Fig. 1 und 2 dargestellten Teilen; Fig. 5 zeigt eine Maschine horizontaler Bauart, bei welcher zwei kombinierte Wälz- scheiben Verwendung finden; jedoch sind die Scheiben nicht, wie bei Fig. 4, hintereinander, sondern parallel geschaltet;
Fig. 6 ist ein Schnitt nach der Linie b-b der Fig. 5; Fig. 7 zeigt eine Maschine, bei welcher nach Art der bekannten Widder aus vorhan denem Druckwasser eine kleine Menge Wasser gegen höheren Druck gepumpt wird, indem man den gegebenen Druck einer grösseren Menge des vorhandenen Druckwassers aus nützt; Fig. 8 ist der Schnitt nach der Linie f-f der Fig. 7 mit Ansicht auf die Wälzscheibe.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, dreht sich das Exzenter in der Richtung des Pfeils 1. Wäh rend des kleinen Ausschlages, der dem Win kel y entspricht, führt die Scheibe einen Hub in der Richtung des Pfeils 1 aus. Durch die beiden Abdichtungsstellen 3 und 4 wird für den betrachteten Augenblick der Bewegung. der Raum zwischen dem Umfang der Scheibe 2 und der Innenbegrenzung der feststehenden Scheibe 5 in zwei Teile zerlegt. Die im untern Raum (also in der Zeichnung unter halb 3-4) enthaltene Flüssigkeit wird also, während neue Flüssigkeit in dem in der Zeichnung oben gelegenen Raum angesaugt wird, zum Teil verdrängt.
Im beschriebenen Beispiel ist die feste Wand 5 von nahezu gleicher Dicke wie die angetriebene Scheibe 2. Über und unter den beiden Scheiben 2 und 5 (siehe Fig. 1) liegen zwei weitere Scheiben 6 und 7, welche die Saug- bezw. Druckschlitze enthalten und die nach der in Fig. 1 ge zeigten Art zusammen mit der festen Scheibe 5 zwischen starken Flanschen 8 und 9 des Maschinengehäuses festgespannt sind. Die bewegliche Scheibe 2 zeigt eine Anzahl von Zähnen 10, deren Form lediglich in Rücksicht auf die weiter beschriebenen Abdichtungs notwendigkeiten entstanden ist. Viele an dere Formen der Zähne sind möglich. Die Zähne brauchen durchaus nicht in der bewegten Scheibe 2 zu liegen.
Sie können ebensogut der festen Scheibe 5 oder einem Teil des Gehäuses zugehören. Auch andere , Lösungen sind denkbar. Während der kleinen Bewegungen, in der der Winkel y durchlaufen wird, müssen die Kanten 3 und 4 der Fest- und Arbeits scheibe einander möglichst dicht berühren, damit die zwischen Arbeitsscheibe und Wand eingeschlossene Flüssigkeit nicht zurück fliessen. sondern gegen den Förderdruck durch die in der obern Scheibe 7 angeordneten (in Fig. :3 dünn dargestellten) Druckschlitze 17 gepresst werden kann.
Im betrachteten Augenblick gleiten ausser dem die Zahnkanten 12' an der Gegen kante 13 der festen Scheibe, derart, dass eine gute Führung der Wälzscheibe 2 gegeben ist.
Die Flanken 14 und 15 der Zähne dienen zur Steuerung der Ein- unt Austrittsöffnun gen. Aus der Fig. 3 geht hervor, dass wäh rend der Zeit, in der der kleine Winkel y durchlaufen wird, die Eintrittskanäle 16 (un- lere Hälfte der Zeichnung) geschlossen sind, während die Druckschlitze 17 mehr oder we- iiiger offen stehen. In der obern Hälfte der Zeichnung sind die Eintrittskanäle 16 ge öffnet und die Druckschlitze 17 geschlossen.
Mit andern Worten: Die untere Hälfte der Fig. 3 befindet sich in der Druckperiode, die obere in der Saugperiode.
Wie der Saug- und Druckvorgang, wan dert auch der Vorgang der Abdichtung bei i und 4, sowie der Führung bei 12 und 13 von Zahn zu Zahn weiter. Dabei kann man die Formen der Zähne und der Ausnehmun- gen so wählen, dass auch benachbarte Zähne bereits an der Abdichtung bezw. Führung 1-eilnehmen. Der Aufbau der Maschine ist aus Fig. 1. und 2 ersichtlich. 18 ist die verlängerte Welle des in Fig. 2 gezeichneten Motors, welche in den beiden Lagern 19 und 20 ge führt ist.
Der Achsialschub ist in bekannter Weise, zum Beispiel durch ein Längslager im Motor, aufgenommen. Auf der Welle 18 ist das Exzenter 21 aufgekeilt, das unter Zwischenschaltung einer Druckbuchse 22 auf die Wälzscheibe 2 wirkt. Die Flüssigkeit tritt #v -,von 23 her in den Grehäuseunterteil 24 und von da durch die mit Eintrittsschlitzen 16 versehene Scheibe 6 ein.
Der Flansch 25 dient zum Befestigen des Motors (Fig. 2), der im gewählten Bei spiel flüssigkeitsdicht eingekapselt gedacht ist.
Die geförderte Flüssigkeit gelangt durch die Druckschlitze 17 der Scheibe 7 in den Gehäuseoberteil 26, welcher bei 27 einen An schluss zur Druckleitung besitzt.
Die auf der Welle befestigte Scheibe 28 dient zur dynamischen Auswuchtung der bewegten Maschinenteile, insbesondere des Exzenters In Fig. 4 ist eine zweistufige Pumpe dar gestellt, deren zwei Arbeitsscheiben 2 und 2' vom selben Exzenter angetrieben werden. Das Exzenter zum Antrieb der zweiten Ar beitsscheibe 2' kann auch versetzt zum ersten Exzenter angeordnet werden.
Der auf die Scheiben ausgeübte Achsial- druck, der gleich der Differenz zwischen Einlauf- und Förderdruck ist, kann durch Parallelschaltung von zwei Arbeitsscheiben (mit unterem und oberem Einlauf) oder durch ähnliche Massnahmen aufgehoben wer den. Bei vielstufigen Maschinen kann man zu diesem Zweck verschiedene Gruppen von Stufen bilden, die gegeneinander gerichtete Achsialkräfte aufweisen. Diese Gruppen kön nen parallel oder hintereinander geschaltet werden.
Es ist auch in einfacher Weise mög lich, Vorkehrungen zu treffen, wonach man zwei einfache Arbeitsscheiben nach Belieben parallel oder hintereinander schalten kann, so dass mit dem gleichen Motor die doppelte Wassermenge bei einfacher Höhe oder die doppelte Höhe bei einfacher Wassermenge ge fördert werden kann.
In Fig. 5 ist eine Pumpe dargestellt, bei welcher zwei Wälzscheiben parallel ge schaltet sind. Beide Wälzscheiben üben zu gleich Verdränger- und Steuerwirkung aus. In dem mehrteiligen Gehäuse 30, 31 ist die Welle 32 in den beiden Kugellagern 33 und 34 gelagert. Die Nut 35 dient zur Aufnahme der Kupplung zum Antriebsmotor, der der Einfachheit halber nicht gezeichnet ist. Aus einem Stück mit der Welle bestehend, sind zwei Exzenter 36 und 37 vorgesehen, welche um 180 zueinander versetzt sind.
Sie wir ken unter Zwischensehaltung zweier Kugel läger 38 und 39 auf die Wälzscheiben 40 und 41, die also beide gleichartige, aber um 180<B>'</B>versetzte, kreisschwingende Bewegungen ausführen. Vier konzentrische Ringe 42, die durch Gummifedern 43 gegen die Wälzschei ben 40 und 41 angedrückt werden, sorgen nach Art der bekannten Stopfbuchsen für die Abdichtung des eigentlichen Pumpenraumes gegen den Raum 44, der durch einen Ablauf mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Die in bekannter Weise miteinander verbun denen Schalen 45 und 46 schützen die Kugel lager 38 und 39 gegen Spritzwasser aus dem Pumpenraum.
Auf der Welle 32 sitzen zwei exzentrische :hassen 4 7 und 48, die in bekannter Weise die exzentrisch wirkenden Kräfte der bei den Wälzscheiben 40 und 41 auszugleichen haben.
Die beiden Wälzscheiben gleiten dicht zwischen den vier starr mit dem Gehäuse ver bundenen Scheiben. In. den Hauptteil 30 des Gehäuses wird die Platte 49 mit den Gegen zähnen 50 geschoben: Sie bestimmt die Breite der Wälzscheibe 40. Hierauf legt sich gegen die Platte 49 das Zwischenstück 51, das, von mehreren Kanälen durchzogen, die rechte Seite der Wälzscheibe 40 und die linke Seite der Wälzscheibe 41 begrenzt.
Nunmehr folgt als letzter Teil, den man, in den Hauptteil 30 des Gehäuses- einschieben muss, die zweite Gegenscheibe 51 Diese wird durch den Dek- kel 31 des Gehäuses begrenzt, der auch für den Abschluss des ganzen Pumpengehäuses dient und in bekannter Weise mit dem Ge häuse verbunden ist.
Die Flüssigkeit gelangt in der Richtung des Pfeils 53 in das Gehäuse. Sie teilt sich dort sofort in drei Arme. Genau so ist auch die Austrittsflüssigkeit, die in der Richtung des Pfeils 54 das Gehäuse verlässt, in drei Arme aufgelöst. Der Zweck dieser Teilung ist die zweiseitige Beaufschlagung beider Wälzscheiben mit dem Druck sowohl der Eintritts-, als der Austrittsflüssigkeit.
Da durch, dass beide Drücke zu gleicher Zeit auf beide Seiten beider Wälzkolben wirken, wird die Entstehung einer einseitigen ach- sialen Liraft (wie sie bei den einfachen Beispielen, zum Beispiel der Fig. 1, möglich ist) verhindert.
Praktisch wird diese Wirkung dadurch erzielt, dass in den beiden starr mit dem Ge häuse verbundenen Scheiben, zwischen wel chen jede der Wälzscheiben 40 und 41 dicht gleitet, sowohl die Saugschlitze 55, als die Druckschlitze 56 einander .direkt gegenüber liegen.
Die Teile, die in Fig. 6 dargestellt sind, arbeiten unter genau den gleichen Bedingun gen, wie in bezug auf Fig. 1 und 3 er läutert wurde. Nur die Zahnformen sind etwas anders. Die Form der Zähne, die Ver setzung der beiden Wälzscheiben gegenein ander nicht nur in bezug auf die Exzen- trizitäten, sondern auch in der Zahnteilung ermöglichen denkbar weit getriebenen Kräf te- ausgleich und Gleichmässigkeit der Förde rung.
Wie aus Fig. 6 hervorgeht, übernehmen die Wälzscheiben 40 und 41 in schon be schriebener Weise nicht nur die Steuerung und Verdrängung, sondern auch die Füh- rung, die das ungestörte Durchlaufen des Exzenterkreises für alle Punkte der Wälz scheibe gewährleistet.
Fig. 7 stellt eine Maschine dar, welche nach Art der bekannten Widder zur Druck steigerung dient. Ein Wassermotor, welcher beispielsweise aus einem vorhandenen Druck wasservorrat vom Druck V mit einer Menge Q gespeist wird, kann eine kleine Pumpe an treiben, welche eine kleine Menge Wasser g auf den hohen Druck P pumpt. Wenn man von allen Verlusten absieht, so wird die Ar beit (Q--q) <I>p</I> aufgewendet, um eine Wasser menge q gegen einen Druck P zu fördern. Diese Umwandlung kann in der dargestell ten Maschine sehr einfach vorgenommen wer den.
Sowohl der nach obigem Beispiel nötige Motor, als die Pumpe sind dabei Teile des einen in Fig. 8 dargestellten Zahnkranzes. We drei Räume links von der Berührungs linie 101-102 sind der Motor aus obigem lleispiel. Der Raum<B>107</B> ist die Hochdruck- pumpe, während der eine Raum rechts von 1.01 und ein zweiter, rechts von ' 102, den Austritt des Druckwassers ins Freie ver mitteln.
In einem bestimmten Augenblick möge die Wälzscheibe 99 relativ zur Gegenscheibe 1,00 die in der Fig. 8 gezeichnete Lage haben. In dieser Lage bstimmen die beiden Dich tungspunkte<B>101</B> und 102 die Trennung der Zone des Arbeitsdruckes von der Hochdrucks und der Austrittszone. Links der Verbin dungslinie 101-l02 herrscht der Arbeits druck, also der Druck der Arbeitsflüssigkeit, dadurch, dass die in Richtung des Pfeils 98 eintretende Arbeitsflüssigkeit, die sich im Ringraum 102 verteilt hat, durch die Schlitze 104 in den Arbeitsraum 105 eindringt. Der Kolben erfährt hierdurch ein Drehmoment in Richtung des Pfeils<B>106.</B>
Im betrachteten Augenblick herrscht die grösste Bewegung auf Verdrängung ohne Zweifel im Raum 107, der daher für die dar. gestellte Bewegungsphase als Hochdruck raum anzusehen ist. Wie aus Fig. 8 hervor geht, wird der Kanal 108 in der rechten Ge häusewand nach Fig. 7 durch den Steuer schlitz 109 mit dem Hochdruckraum 107 in Verbindung gebracht, so dass also die Nutz Ilochdruckflüssigkeit dauernd in den Ring raum 110 und von hier durch den An schluss 111 zur Verwendungsstelle gefördert wird. Zur gleichen Zeit entweicht aus den Räumen 112 und 118 die Arbeitsflüssigkeit, die ihre Energie an die Wälzscheibe ab gegeben hat.
Wie aus Fig. 8 hervorgeht, ist zu diesem Zweck durch den Steuerschlitz 114 eine Ver bindung zwischen den Räumen 112 und 113 einerseits und dem Ringraum 115 anderseits hergestellt. Die verbrauchte Arbeitsflüssig keit kann also durch den Anschluss 116 ins Freie entweichen. Eine eigentliche Lagerung der Wälzscheibe 99 ist im vorliegenden Bei spiel nicht nötig, da sich die Energieüber tragung innerhalb der starren Wälzscheibe vollzieht. Daher genügt es im dargestellten Beispiel, die übliche Führung durch die Zahn köpfe zu unterstützen durch die beiden Rollen 117, die auf dem gemeinsamen Zapfen 118 gelagert sind und welche die Wälzscheibe auf dem Zapfen 119, beziehungsweise auf der Ringbahn 120 abstützen.
Die geschilderte Aufteilung der gesamten Zahnräume der Wälzscheibe ist nur als Bei spiel aufzufassen. Es steht im Belieben des Konstrukteurs, je nach Erfordernis die drei Raumgruppen (Eintritt, Austritt der Hochdruckflüssigkeit, Austritt der Arbeits flüssigkeit) zu vertauschen.