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Zahnradkraftmaschine mit zwei oder mehreren aus je zwei Zahnradläufern
bestehenden Druckstufen Die Erfindung geht von Zahnradkraftinaschinen mit zwei oder
mehreren aus je
zwei Zahnradläufern bestehenden Druckstufen aus, bei welchen
die Einlässe der NiMerdruckstufen mit Anzapfstellen an den Gehäuseumfängen der Hochdruckstufe
oder der nächsthöheren Druckstufe durch Kanäle verbunden'sind. Gegenüber der reinen
Verbundairordnung, bei welcher der Auslaß der ersten Stufe mit dem Einlaß der zweiten
Stufe verbunden ist, haben die mehrstufigen Zahnraidmotoren mit Anzapfstellen für
den Einlaß der Niederdruckstufen. in den Ge-
häusewänden zwischen dem Einlaß
und Auslaß der Hochdruckstufe den Vorteil, daß die Läufer der Niederdruckstufe nicht
größer als die der Hochdruckstufe zu sein brauchen, damit die Stufenleistung überhaupt
eine -Mehrleistung bei' gleichem Treibmitielaufwand bringt. Sieht man von Luftverlusten
durch Undichtigkeiten ab und nennt man',in = b : a
das Verhältnis
von dem sekundlichen Schluckvolumen der zweiten Stufe b zum sekundlichen
Schluckvolumen der ersten Stufe a, so
erhält man den größten Leistungsgewinn
aus der Stufenschaltung bei der reinen Verbundwirkung für den Wert m:
während bei der Speisung der Niederdruckstufe aus Anzapfstellen der Gehäusewand
der Hochdruckstufe die beste Leistung bereits bei einem Werte m = - i erhalten
wird. Hierbei ist pl : pa
das Verhältnis des Betriebsdruckes pl zum äußeren Luftdruck pa und wird im folgenden
mit c bezeichnet. Mit dem Werte mt = i (a = b) wird
bei der Verbundschaltung bei allen überdrücken überhaupt keine Mehrleistung erzielt,
während sich die Gesamtleistung bei der -Anzapfschaltung noch wie
zu der Leistung der ersten Stufe verhält, also wenigstens für alle Werte von Ic
>:2 Mehrleistung ergibt.
In untertägigen Betrieben des Bergb-,mes
stehen meistens Betriebsdrücke von 3 bis 5atü zur Verfügung, denen c-Werte
von 4 bis 6 entsprechen. Die Mehrleistung ist bei,
Bestverhältnissen
(liz I bis 1,45 für d94 Anzapfbetrieb bzw. IM 2 bis :2,45 bei Verbundschaltun,-)
höchstens 133 bis 142 1/0 der' ersten Stufe für beide Betriebsarten,
Die Bestleistung liegt somit unterhalb der bei Einzelbetrieb lleider Stufen, also
bei reiner Parallelschaltung erreichbaren Leistung, denn diese ist das (m
+ i) fache der Leistung der ersten
Stufe, al ' so das Zwei- bis Zweieinhalbfache. Nun liegen vielfach Betriebsverhältnisse
vor, welche ein hohes Anfahrmoment des Motors und eine geringe Dauerleistung verlangen,
beispielsweise beim Antrieb von stetigen Förderern, wie Band- oder Kratzförderern.
Hierfür sind Motoren erwünscht, welche ein Anfahrrnornent von wenigstens dem doppelten
Betriebsdrehmoment haben.
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Nach der Erfindung werden nun die Druckstufen von Zahnradkraftmaschinen,
bei welchen die Einlässe der Niederdruckstufen mit Anzapfstellen an den Gehäusewänden
der Hochdruckstufe verbunden sind, dadurch parallel geschaltet, daß den Niederdruckstufen
zusätzliches Hochdrucktreibmittel durch einen von dem Einströnikanal der Hochdruckstufe
abzweigenden und mit einem Hahn verschließbaren Kanal zugeführt wird, während der
Auslaß der Hochdruckstufe wie derjenige der Niederdruckstufe ständig in unmittelbarer
Verbindung mit der Außenluft bleibt. Durch einfaches öffnen des Hahnes werden die
Einlässe beider Stufen mit Frischluftdruck beaufschlagt, so daß beiden Stufen das
ganze Druckgefälle zwischen dem Frischluftdruck und dein äußeren Luftdruck zur Verfügung
steht.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, die .Leistung rnebrstufiger Maschinen
mit um-
laufenden, auf parallelen Wellen sitzenden Kolbenpaaren und reiner
Verbundschaltung dadurch zu beeinflussen, daß mit Hilfe eines Ventils die zweite
Stufe unmittelbar beauf -
schlagt wird oder mehrere solcher Beaufschlagungsventile
bei vielstufigen Maschinen für die dritte oder für noch weitere S tufen vorgesehen
werden. Hierbei wird aber nicht nur die zweite Stufe unmittelbar mit Frischluft
beaufschlagt, sondern infolge der Verbundschaltung auch der Auslaß der ersten Stufe,
so daß die erste Stufe kein Druckgefälle mehr hat, sondern in dem verhältnismäßig-
dichten Frischluftmittel leer umläuft. Zur richtigen Parallelschaltung aller Stufen
wäre erforderlich, vor dein Beaufschlagen der nachgeschalteten Stufen mit Frischluftdruck
die Verbundleitungen abzusperren und di(# Auslässe aller Stufen nur mit der freien
Un-1-gebung zu verbinden. Eine derartige bisher »icht vorgeschlagene Schaltung ist
aber ziein-41d# umständlich.
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Nach der Erfindung wird aber die volle Varallelschaltung bereits durch
die einfache Zuführung von zusätzlicher Frischluft zum Einlaß der Niederdruckstufen
bei der Schaltung mit Anzapfstellen erreicht.
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Indem man die Frischluftzufuhr zu den nachgeschalteten Stufen (Niederdruckstufen)
durch unvollständiges öffnen des Hahne.# und georebenenfalls auch des Hauptstenen"eiitils
im Betriebszustande drosselt, erhält man einen Motor, we'lcher selbsttätig beim
Anlauf das ,größtmögliche Anfahrmoment hergibt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist bei Zahnradkraftmaschinen,
bei welchen die Läufer verschiedener Druckstufen auf gemeinsamen Wellen sitzen,
die NieAerdruckstufe auf zwei Läuferpaare verteilt, welche beiderseits der Hochdruckstufe
derart angeordnet sind, daß die Anzapfstelle des einen Hochdruckläufers mit dem
Einlaß der einen Niederdruckstufenhälfte, die Anzapfstelle des anderen Hochdruckläufers
mit dem Einlaß der anderen Hälfte verbunden ist und die beiden von dem Einlaf.)
der Hochdruckstufe nach den Einlässen der Niederdruckstufenhälften führenden Zweigkanäle
in ihrcin Durchflußquerschnitt regelbar sind. Diese Anordnung ermöglicht eine einfache
Führung der Verbindungskanäle und eine größere Regelfähigkeit, weil ja nach Bedarf
nur der eine oder beide Niederdruckteile für (las Anfahren parallel geschaltet zu
werden brauchen. Außerdem beschränken sich Jie Undichtigkeitsverluste der Wellenlagerungen
nur auf die Durchführung in der -Niederdruckstufe nach außen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführmigsel beispielen. Die Abb.- i und 2 zeigen in schematischer Darstellung
die zwei Schaltstellungen einer zweistufigen, umsteuerbaren Zahnradkraftmaschine
nach der Erfindung. Die :VJb. 3
zeigt einen die Läuferachsen enthaltenden
Längsschnitt durch eine zweistufige Maschine. Die Abb. 4 und 5 zeigen in
Ansicht und Querschnitt einen bei der Schaltung nach den Abb. i und 2 verwendbaren
Schieber. D;e Abb- 6 zeigt eine zweistufige Maschine mit einer auf zwei Länferpaare
verteilten Nieder_ druckstufe.
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In den Abb. i und :2 sind wegen der besseren Übersicht die Läuferpaare
der einzelnen Stufen untereinander dargestellt, wä-hrend sie in den Abb.
3 und 6 nebeneinander auf einem Wellenpaar angeordnet sind,
Den
Läufern - und 4 der ersten Stufe (Abb. i) wird bei 5 die Druckluft
oberhalb des Zahneingriffs zugeführt. Bei dem durzli .die eingezeichneten Pfeile
6 angegebenen Drehsinn wird die in den Zahnlücken ei#lp2,schlossene Druckluft
an den Anzapfstellen 7
vorbeigeführt und über die Kanäle 8 und
9
und über den Drehschieberkanal io in den Einlaß ii der zweiten Stufe geleitet,
wobei si sich nach Maßgabe der hierdurch beding' ten Volumenvergrößerung entspannt,
aber immer noch Überdruck gegenüber dem äußeren Raum behält und daher Arbeit an
die Läufer 12 und 13 der zweiten Stufe abgeben kann.
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In den Gehäusezwickeln zwischen den Läufern sind als Umsteuerorgane
zylindrische Drehschieber 14, 15 mit parallei zu den Läuferwellen gerichteten
Achsen eingebaut, welche mit je zwei gleichartigen T-Schlitzen für die beiden
Stufen versehen sind. Die Drehschlitze je-des Drehschiebers können dabei im Ouerschnitt
gleich liegen (Abb. 4). In der inAb. i gezeigten Stellung verbinden auf der Gehäuseoberseite
die T-Schlitze in der ersten Stufe den Frischluftkanal 16 mit dem Einlaß
5, in der zweiten Stufe den Mitteldruckkanal 9 mit *dem Einlaß i i,
während auf der Gehäuseunterseite der Auslaßkanal 18 der ersten Stufe mit dem AusIaß
ig und der Auslaßkanal 2o der zweiten Stufe mit dem Auslaß 21 verbunden ist. Zum
Anlassen können beide Stufen in beiden Drehrichtungen parallel geschaltet werden,
indem ein in dem Überströnikanal 22 zwischen dem Einlaß 5 und dem Entnahmeraum
7 angeordneter Hahn 23 geöffnet wird bzw. der Hahn 24 in dem Gberströnikanal
25 für die andere Drehrichtung. In Abb. 2 sind die Drehschieberquerschnitte
in der für die umgekehrte Laufrichtung erforderlichen Stellung gezeigt. Jedem T-Querschnitt
ist ein Zeiger 26, 27 zugeordnet, welcher die Schaltbewegung aus der einen
in die andere Stellung verdeutlicht.
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In der Abb. 3 sind die zwischen den Läuferpaaren
-, 4 und 12, 13 angeordneten Trennwände 37 von etwa gleichen Außendurchrnessern
wie die Läufer mit diesen zugleich in das Gehäuse eingesetzt -und durch radia,1
von außen eingeschraubte Stifte38 gegen Längsverschiebung und Verdrehung festgehalten.
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In der Abb.6 sind drei Läuferpaare -lo, 41, 42 auf gleichen Wellen
i und 2 nebeneinander angeordnet, von denen das mittlere, 41, als erste Druckstufe
und die beiden äußeren, 40 Und 42, als zweite Druckstufe dienen. Die linke Anzapfstelle
der ersten Stufe ist durch einen Kanal 47 mit dein Einlaß der oberen, die rechte
mit dem des unteren Lätiferpaares 4.2 durch den Kanal 46 verbunden. Ferner ist
je eine Zweigleitung 43, 44 zwisehen dem Frischlufteinlaß 16 und der zweiten
Stufe vorhanden, welche enger als die üb,rigen Kanäle und mit einstellbaren Drosselschrauben
45 versehen ist. Man kann null die Zweigleitung dauernd auf einen Durchfluß einstellen,
- welcher beim Anfahren wenig Druckabfall, dagegen bei Elcr Betriebsdrehzahl
einen Druckabfall ergibt, welcher dein Druckunterschied beider Stufen etwa gleichkommt.
Die Anordnung der zweiten Stufe in zwei Räumen jo und 42 beiderseits der ersten
Stufe 41 hat den Zweck, die Undichtigkeitsverluste auf den Austritt der Wellen aus
der Niederdruckstufe zu beschränken.