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Drehkolbenmaschine Es sind schon Drehkolbenmaschinen bekanntgeworden,
bei denen ein gekrümmter Kolben in einem ringförmig geschlossenen Zylinder umläuft.
Ferner sind bereits bei Flüssigkeitsmessern in ringförmigen Förderrohren Kugeln
als Kolben verwendet worden. Dabei wurden die Kugeln als freifliegende Kolben magnetisch
mit den Ab- bzw. Antriebsorganen, meist Dreharmen, gekuppelt. Eine Anordnung dieser
Art ermöglicht es, eine Kraft- bzw. Arbeitsmaschine zu bauen, deren Kolben in einer
Richtung gleichförmig umlaufen und hin und her gehende Kolbenbewegungen vermeiden.
Gemäß der Erfindung wird nun das Förderrohr in mehreren Windungen, z. B. in einer
Rohrspirale, gewickelt, deren äußeres und inneres Ende miteinander verbunden sind
und bei der in jeder Windung eine Kugel als Kolben arbeitet. Auch in diesem Falle
läßt sich die Kupplung der Kugeln mit den An- bzw. Abtr.iebsarganen magnetisch durchführen.
Dadurch wird gegenüber den, bekannten Anordnungen ein verlustloseres Arbeiten ermöglicht.
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Da im übrigen jede Windung der Spirale zwischen zwei. benachbarten
Kugeln einen kontinuierlich veränderlichen Zylinderraum darstellt und es ohne Schwierigkeiten
möglich ist, mit beliebig vielen Spiralwindungen zu arbeiten, so kann man auf diese
Art Maschinen mit beliebig vielen Zylindern einfach und billig bauen. Dadurch wird
es möglich, die Arbeitsdiagramme dieser Maschinen bis zu jedem gewünschten Enddruck
praktisch zu
verwirklichen und eine sehr geschmeidige, gleichmäßige
Leistungsabgabe bzw. -aufnähme zu erreichen und den Wirkungsgrad zu verbessern.
` Die Möglichkeit, diese Drehkolbenmaschine unter Fortfall von 1=Tbertragungsorganen
z. B. unmittelbar mit einem Elektromotor zu kuppeln, erlaubt bei ,gleichen Leistungen
sehr kleine Baugrößen und Gewichte und damit die Einsparung beträchtlicher Kosten.
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Das beschriebene Arb--i.tsprinzip ist umkehrbar und gestattet die
verschiedensten, .n chstehend beschriebenen Kombinationen. Es wird erfindungsgemäß
wie folgt verwirklicht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Drehkolbenmaschine ist in der Zeichnung
schematisch, dargestellt.' Es zeigt Fig. i einen Längsschnitt entsprechend der Schnittlinie
A-B in Fig. 2, Fig.2 einen ,Querschnitt entsprechend der Schnittlinie C-D in Fig.
i und Fig.. 3 eine Ansicht von oben.
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Ein z. B. in einer Ebene, spiralig in mehreren, z. B. fünf Windungen
gewickeltes kalibriertes Rohr i aus urimagnetischem Baustoff enthält eine entsprechende
Anzahl, z. B. fünf Stahlkugeln 2, und ist so angeordnet, daß diese sich ständig
in einem streifenförmigen Magnetfeld 3 befinden. Dieses Magnetfeld 3, aus mehreren
einzelnen Elektro- oder Dauermagneten 7 bestehend, die vom Zentrum der Rohrspirale
i aus radial in einem Streifen vo:n.ungefähr der Breite des Rohrdurchmessers angeordnet
sind, erstreckt sich vom Zentrum his zur äußersten Spi,ralwin.dung und kann um das
Zentrum der Rohrspirale i rotieren.
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Anfang und Ende der Rohrspirale i wird durch ein außerhalb der Spiralebene
und des Magnetfeldes liegendes Umgehungsrohr q. gleichen Durchmessers verbunden.
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In jeder Windung der Rohrspirale i im Bereich des Magnetfeldes 3 wird
eine den Rohrinnendurchmes,ser abschließende kalib:rierte Stahlkugel2 untergebracht
und das Umgehungsrohr ebenfalls mit solchen Stahlkugeln 2 lückenlos angefüllt.
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Infolge des streifenförmigen Magnetfeldes 3 werden die in der Rohrspirale
i befindlichen Kugeln :2 längs- eines Radius gehalten, ohne seitlich ausbrechen
zu können. Sie können sich lediglich innerhalb des Magnetfeldes 3, also radial,
auf einer Ebene gleichen magnetischen Potentials verschieben. ' Unterwirft man nun
.das Maignetfeld 3 einer Rotation parallel der Ebene der Rohrspiralen i, so werden
die Kugeln 2 gezwungen, die Windungen der Rohrspirale i zu durchlaufen, und zwar
je nach dem Drehsinn des Magnetfeldes 3- von außen nach innen oder umgekehrt, ohne
das genügend starke Magnetfeld 3 verlassen zu können. Nach Austritt aus der Rohrspirale
i im Umgehungsrohr q. sind die Kugeln 2 dem Einfluß des Magnetfeldes 3: entzogen.
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Bewegt man nun z. B. das Magnetfeld 3 so, daß die Kugeln 2 gezwungen
werden, von außen nach innen zu laufen, so wird nach einer Umdrehung des Magnetfeldes
die ih der äußersten Spiralwindurig befindliche Kugel 2a sich um eine. Windung weiterbewegt
haben und am Platz der Kugel 2b befinden und entsprechend alle folgenden. Die in
der innersten Windung befindliche Kugel z0 hat sich dabei bis zum Zentrum- der Spirale
bewegt und dabei die dort vorher befindliche Kugel 2f aus dem Magnetfeld 3, heraus
in das Umgehungsrohr q, gedrängt. Die hier befindlichen Kugeln 2 werden dadurch
gezwungen., um einen Kugeldurchmesser weiterzurücken und befördern die am anderen
Ende des Rohfes befindliche Kugel #2g in die äußerste Windung der Spirale und bringen
sie damit wieder in den Einflußbereich des Magnetfeldes 3.. Dieser Vorgang wiederholt
sich fortlaufend in Abhängigkeit von der Rotation des= Magnetfeldes.
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Schließt man an das Zentrum der Spirale ein Rohr 5 und an ihrer äußersten
Windung dort, wo das Umgehungsrohr endet, ein Rohr 6, beide kleineren Durchmessers
als das Spi@ralrohr i, an, so daß, die Mündungen der Rohre 5 und-..6 in .das Spiralrohr
i durch die vorbeilaufenden Kugeln 2 ventilartig geöffnet und geschlossen werden
können, so. erreicht man, daß der beschriebene Apparat als Arbeits- oder Kraftmaschine
verwendet werden kann.
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Die am Beginn der Spirale befindliche Kugel 2a schließt nämlich bis
zur nächstfolgenden Kugel 211 einen Luftraurii ein, der dem Inhalt des Rohrstückes
der ersten Spiralwindung entspricht. Die zweite Windung von der Kugel 2b bis zur
nächsten Kugel 2c enthält einen Luftraum, der der Länge der zweiten kürzeren Rohrspirale
entspricht und so weiter bis zur letzten Kugel 2f im 'Spiralzentrumr die nur einen
sehr kleinen Rohrinhalt begrenzt.
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Werden also diese Kugeln 2a bis 2f unter dem Einfluß des Magnetfeldes
3 von außen nach innen geführt, so verringert sich ihr gegenseitiger Abstand kontinuierlich
und verdichtet dementsprechend das ursprünglich von ihnen in der äußersten Windung
eingeschlossene Luftvolumen. Bei umgekehrter Laufrichtung der Kugeln 2a bis 2f vergrößert
sich ihr gegenseitiger Abstand kontinuierlich. Jede Spiralwindung von einer Kugel
2 bis zur anderen stellt also einen Zylinderraum dar, der sich je nach dem Drehsinn
des.Magnetfeldes 3 unter der Einwirkung der als Kolben wirkenden Kugeln 2 verringert
oder vergrößert. Die Bewegung der als Zylinderkolben wirkenden Kugeln 3 erfolgt
dabei immer in gleicher, einmal festgelegter Laufrichtung.
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Eine in der beispielsweise beschriebenen Art arbeitende Drehkolbenmaschine,
bei der die Kugeln 2 von- außen nach innen die Sp.inalwindungern i durchlaufen,
würde als mehrstufiger Luft- bzw. Gaskompressor arbeiten. Der Anzahl der Spiralwindungen
entspricht dabei die Anzahl der Verdichtungstufen. Das an der äußersten Spiralwindung
.angebrachte Zuführungsrohr 6 arbeitet als Luft- bzw. Gasansaugrohr, das im Zentrum
der Spirale befindliche Austrittsrohr 5 als Druckluft-bzw. Preßgasaustrittsrohr.
Die jeweils an den
Windungen dieser Roll're vorbeilaufenden Kugeln
übernehmen nacheinander die Funktionen des Ansaug- bzw. des Austrittsventils.
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Eine Maschine, bei der die Kugeln 2 von innen nach außen die Spiralwindungen
i durchlaufen, könnte als mehrstufiger Preßluft- oder Gasmotor laufen, bei dem die
Anzahl der Spiralwindungen der Anzahl der Arbeitszylinder entspricht. Durch geeignete
Wahl des.Anfangsdruckes des Arbeitsgases bzw. durch Anordnung einer entsprechenden
Zahl von Spiralwindungen ist man .in der Lage, jeden gewünschten Expan.sionsenddruck
zu verwirklichen.
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Die Nabe 8 mit dem Ausgleichsgewicht 9 sitzt auf der hohlen Welle
io des Motors i i. Durch die hohle Welle io geht das feststehende Austrittsrohr
5. Die Rohrspirale i und der Motor i i sind am Gestell 12 befestigt.
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Wie vorstehend ausgeführt, wirkt die Drehkolbenmaschine als Arbeitsmaschine,
wenn die Rotation des Magnetfeldes durch einen Elektromotor oder eine andere Kraftmaschine
erzeugt wird und im eingezeichneten Drehsinn erfolgt. Sie wirkt als Kraftmaschine,
wenn Preßluft, Heißdampf oder Explosionsgase der Rohrspirale im Zentrum zugeführt
werden. und. der Energieträger in den einzelnen Spiralgängen expandiert. Ihr Umlaufsinn
ist dann entgegengesetzt wie eingezeichnet. Die magnetisch an die rotierenden Bauteile
der Maschine gekuppelten Kugeln wandeln dann die Energie de s Treibmittels in mechanische
Energie um, die unmittelbar am Wellenstumpf entnommen werden kann...
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Es ist möglich, zwei Drehkolbenmaschinen über diesen Wellenstumpf
direkt zu kuppeln und die eine als Kraftmaschine, die andere als Arbeitsmaschine
zu betreiben, oder, z. B. bei Verwendung als Drucklufterzeuger, durch Anzapfen verschiedener
Spiralgänge Druckluft verschiedener Drücke zu entnehmen.
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Die Formgebung der Rohrspirale kann eben, kegelig, zylindrisch oder
in einer aus ebenen, kegeligen und zylindrischen Abschnitten mit kontinuierlichen
Übergängen zusammengesetzten Form, je nach dem-Verwendungszweck der Maschine, sein.
Es können zwei Spiralen ineinandergelegt oder zwei halbkugelig geformte Spiralen
entgegengesetzten Windungssinnes aufgebaut werden. Die Umführungsrohre bzw. die
Zu- und Austrittsrohre können dann durch hohle Wellen oder Hohlachsen geführt oder
auch teilweise für beide Maschinensysteme gemeinsam verwendet werden.
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Bei Anwendung von zylindrischen Spiralen arbeitet die Maschine als
Förderpumpe, bei der kombinierten Form der Rohrwicklung kann sie gleichzeitig zum
Fördern, Mischen und Pressen von Gasen, Flüssigkeiten oder Dämpfen angewendet werden.
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Eine erste Anwendung findet das beschriebene Prinzip beim Bau von
Kühlmaschinen kleinerer Leistung. Die Rohrspirale wird dabei in einer Ebene gewickelt,
das Ableitungsrohr im Zentrum der Spirale dem Kondensator und das Zuführungsroter
der äußersten Windung dem Verdampfer des Kühlaggregats angeschlossen. Die Rotation
des Magnetfeldes wird durch einen direkt gekuppelten Elektromotor erzielt. Die Anwendung
eines solchen Drehkolbenkompressors im Kleinkühlmaschinenbau bietet außer dem Vorteil
geringerer Herstellungskosten den Vorzug kleinerer Baugrößen und =ror allem eines
stoffbuchsenlosen allseitig geschlossenen Rohrsystems, in dem keinerleit Verluste
des Kühlmediums auftreten können.