DE1155336B - Kolbenkopffuehrung bei einer Fluessigkeits-Radialkolbenmaschine - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

Sch 28084 Ic/59a

ANMELDETAG: 28. JUNI 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 3. OKTOBER 1963

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenkopfführung bei einer Flüssigkeits-Radialkolbenmaschine (Pumpe, Motor oder Kupplung), deren Zylinderstern, ohne sich relativ zu dem die Kolbendrücke aufnehmenden Gehäuse zu drehen, eine exzentrische Kreisrollbewegung ausführt und deren innenbeaufschlagte Kolben, die je aus einem Mantelkolben und einem in diesem verschieb- und verdrehbaren Kernkolben bestehen, mit ihren beiden äußeren kegeligen Köpfen an schrägen außermittigen Führungsbahnen abrollen.

Bei Radialkolbenmaschinen dieser Art ist es lauftechnisch von Vorteil, daß die Kolben bei der Hin- und Herbewegung an der außermittigen Führungsbahn abrollen können und dabei eine drehende Bewegung um ihre eigene Achse ausführen. Dabei tritt das Problem auf, die Kolbenköpfe und Führungsbahnen so anzuordnen, daß die Bahnkräfte im Zusammenwirken mit dem von innen auf die Kolben wirkenden Flüssigkeitsdruck während der Druckphase keine parallel zur Maschinenwelle gerichtete Komponente erzeugen, die den Zylinderstern zu kippen versuchen und daher an seiner Lagerung Kantenpressungen hervorrufen würde. Sind außerdem das Gehäuse und der Zylinderstern rotierend angeordnet, so würde sich diese unerwünschte Auswirkung sogar infolge der auf die Kolben wirkenden Fliehkräfte vergrößern.

Es sind bereits eine Reihe von Radialkolbenpumpen dieser Bauart bekannt.

Bei einer bekannten Anordnung sind z. B. die Zylinder in zwei verschiedenen, normal zur Drehachse der Maschine orientierten Ebenen angeordnet, wobei die radial äußeren Kolbenenden konisch ausgebildet sind und mit passend geformten Führungsbahnen zusammenwirken. Die Führungsbahnen sind dabei in bezug auf die Symmetrieebene der gesamten Kolbenanordnung winkelmäßig spiegelbildlich angeordnet. Hierdurch wird erreicht, daß die für eine Rollbewegung erforderliche Abschrägung der Führungsflächen und der radial äußeren Kolbenenden gegensinnige Axialkräfte erzeugen, die sich aufheben können.

Bei einer anderen bekannten Radialkolbenpumpe ist die Anordnung in ähnlicher Weise getroffen, mit dem Unterschied jedoch, daß die mit den radial äußeren, konisch geformten Kolbenenden zusammenwirkenden Führungsflächen in der Nähe der Symmetrieebene der beiden die Kolben enthaltenden Ebenen liegen. Die Wirkung ist jedoch die gleiche.

Diese Vorrichtungen haben den Nachteil, daß die Herstellung infolge der in zwei unterschiedlichen Ebenen angeordneten Zylinderräume und Kolben erschwert ist. Außerdem weist eine derartige Pumpe ein Kolbenkopfführung
bei einer Flüssigkeits-Radialkolbenmaschine

Anmelder:

Schweizerische Lokomotiv-
und Maschinenfabrik,
Winterthur (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 14. Juni 1960 (Nr. 6774)

Dipl.-Masch.-Ing. Theodor Müller,

Winterthur (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

größeres Gewicht und eine größere Längsabmessung auf.

Bei einer anderen bekannten Pumpe sind die Kolbenbohrungen in einem schrägen Winkel in bezug auf die Drehachse im Zylinderstern angeordnet, und zwar in zwei verschiedenen, in bezug auf die zur Drehachse normale Ebene spiegelbildlichen Winkelstellungen. Die radial äußeren Kolbenendflächen sind als abgestumpfte Kugelsegmente ausgebildet und wirken mit einer Zylindermantelfläche als Führungsbahn zusammen, deren Achse parallel zur Drehachse liegt. Hierbei werden noch Kippmomente auf die Welle ausgeübt, die von der Winkelverschiebung der einzelnen Zylinder herrührt. Diese Anordnung weist im übrigen die gleichen Nachteile auf wie die vorstehend erwähnten bekannten Anordnungen, nämlich eine schwierige Herstellung des Zylindersternes und große Abmessungen in der Achsrichtung der Welle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radialkolbenpumpe zu schaffen, bei der kein Kippmoment auf die Welle ausgeübt wird und die geringe Längsabmessungen aufweist.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die Führungsbahn für den äußeren Kopf des Mantelkolbens auf der einen Seite der Quennittelebene der Kolben und die Führungsbahn für den äußeren Kopf des Kernkolbens auf der anderen Seite der Quermittelebene angeordnet ist.

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Sämtliche Kolben sind also hierbei in einer Ebene angeordnet, so daß sich sehr geringe Längsabmessungen ergeben. Auch die Herstellung eines für eine derartige Pumpe geeigneten Zylindersterns ist sehr einfach.

Die konischen Kolbenköpfe der beiden Teilkolben rollen vorteilhafterweise auf Führungsbahnen mit einem dachartigen Querschnitt ab.

Es ist das Querschnittsverhältnis der beiden KoI-Zur Sicherung der Kolben gegen zu weites Abheben von den Führungsbahnen dient die am Mantelkolben 15 sitzende Scheibe 21 und die am Gehäuse 1 angebrachte Gegenführungsbahn 22, während für den Kernkolben 14 dessen eigener über den Kopf des Mantelkolbens 15 hinausragender Kopf 19 als Sicherung gegen Zurückgleiten in den Mantelkolben 15 dient.

Auf den Mantelkolben 15 wirken der radiale Flüs-

benteile und die Neigung der Führungsbahnen gegen io sigkeitsdruck P₂ und der Anpreßdruck P₂' = P₂/cos a₂, die Quermittelebene so gewählt, daß die Resultierende wie Fig. 3 zeigt. Im Schnittpunkt dieser Kräfte lassen

aller im Betrieb auf die Kolbenteile wirkenden Kräfte der Flüssigkeit und der Führungsbahnen sowie der dynamischen Kräfte keine Axialkomponente parallel zur Maschinenwelle aufweist.

Vorzugsweise wird zur Sicherung der Kolben gegen Abheben von den Führungsbahnen eine zum Mantelkolben gehörende Gegenführungsbahn am Gehäuse vorgesehen, während für den Kernkolben dessen eigesie sich zur resultierenden Axialkraft P₂ · tg «₂ zusammensetzen. Dieser Axialkraft wird durch die am Kernkolben 14 angreifenden Kräfte P₁ und P^ = P₁ZcOSa₁ entgegengewirkt, deren Resultierende gleich P„ · tg Ct₁ ist und die ebenfalls auf den Mantelkolben 15 einwirkt. Wählt man insbesondere das Querschnittsverhältnis der beiden Kolbenteile, die Angriffspunkte der Kräfte P₁' und P₂' sowie die Neigungen der Führungsbahnen

ner Kopf als Sicherung gegen Zurückgleiten in den ?<o 17 und 20 gegen die Quermittelebene derart, daß die Mantelkolben dient.

Man kann die Erzeugenden der Führungsbahnen so zueinander versetzt anordnen, daß die Konusspitzen der Kernkolben weiter außen anliegen als diejenigen der Mantelkolben.

Die Erfindung ist an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen nach I-I der Fig. 2 geführten Längs-

schnitt durch eine als Pumpe arbeitende Kolbenmaschine gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Pumpe gemäß der Schnittlinie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Zylinder in größerem Maßstab und mit Angabe der im Betrieb auftretenden Kräfte.

Im zweiteiligen Gehäuse 1 ist mittels der zwei Lager 2 die Antriebswelle 3 drehbar gelagert. Auf der Kröpfung4 der Welle 1 ist der z.B. sechs Zylinder aufweisende Zylinderstern 5 drehbar gelagert. In diesem sitzt die Steuerbuchse 6, die zu jedem Zylinder 7 eine Durchflußöffnung 8 aufweist. Der Zylinderstern 5 führt im Maschinengehäuse 1 zufolge der Drehbewe-Axialkräfte P₂ · tga₂ und P₁ · IgO₁ am gleichen Punkt der Zylinderachse angreifen und gleich groß sind, so heben sich diese Axialkräfte vollkommen auf, und es wirkt dann vom Mantelkolben 15 aus keine Axialkraft auf die Zylinderwand. Hierzu ist, wie gesagt, die BedingungP₂ -IgO₂ = P₁ -tgCt₁ zu erfüllen. Dies ist möglich, trotzdem TgCi₁ nicht gleich tga₂ ist, wenn die Querschnittsfläche des Mantelkolbens 15 im Verhältnis tg Ct₁AgOi₂ zu demjenigen des Kernkolbens 14 gewählt wird.

Anstatt wie im Ausführungsbeispiel die Welle rotierend anzuordnen, könnten auch umgekehrt das Gehäuse und der Zylinderstern rotierend ausgebildet sein und die Welle festliegend. Soll die Maschine als Wellenkupplung arbeiten, so muß die Druckleitung durch ein Abschlußorgan verschließbar sein, da die Maschine sonst kein Drehmoment übertragen kann. Diese Einrichtung ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Auch das Gewicht der Kolben kann so abgestimmt werden, daß die bei rotierend angeordnetem Zylinderstern infolge der Zentrifugalkräfte der Kolben entstehenden Axialkräfte sich vollständig aufheben.

Es liegt ferner auf der Hand, daß die Erfindung

gung des Exzenters 4 eine Kreisrollbewegung aus, wobei er durch die beiden Hilfskurbeln 9 geführt wird 45 auch auf Radialkolbenmaschinen angewendet werden und sich gegenüber dem Gehäuse nicht dreht. Zur kann, bei denen die Exzentrizität der Kurbel 4 verKröpfung 4 führen die für die Zu- und Ableitung der stellbar ist und daher an Stelle der Hilfskurbeln 9 ver-Arbeitsflüssigkeit nötigen Kanäle 10, 11. Sie münden stellbare Führungsglieder treten. Da die Bauart dieser in den Saugschlitz 12 bzw. den Druckschlitz 13. Mit Glieder für die Anwendung der Erfindung ohne Bedem Saugschlitz 12 ist die eine Hälfte der Zylinder 7 50 deutung ist, wird auf deren Darstellung und Beschreidurch Öffnungen 8 in Verbindung, während die andere bung verzichtet.
Hälfte der Zylinder mit dem auf der hinteren Seite
der Kröpfung 4 befindlichen Druckschlitz 13 in Verbindung steht. Dabei ist angenommen, daß sich die
Antriebswelle 3 im Gegenuhrzeigersinn drehe (Pfeil w). 55

In den Zylindern? sind zweiteilige Kolben angeordnet, die je aus einem Kernkolben 14 und einem Mantelkolben 15 bestehen. Der letztere weist einen konusförmigen Kopf 16 auf, der an der linken außermittigen Führungsbahn 17 der im Gehäuse 2 gehalte-

Claims (5)

PATENTAN SPRÜCHE: nen Platte 18 anliegt. Der Kernkolben 14 ist im Mantelkolben 15 längsverschieblich geführt und gelagert und wird mit seinem ebenfalls konusförmigen Kopf 19 durch den Flüssigkeitsdruck gegen die rechtsseitige außermittige Führungsbahn 20 der Platte 18 angedrückt. Die beiden Führungsbahnen 17 und 20 liegen dachartig in bezug auf die Mittelquerschnittsebene.

1. Kolbenkopfführung bei einer Flüssigkeits-Radialkolbenmaschine (Pumpe, Motor oder Kupplung), deren Zylinderstern, ohne sich relativ zu dem die Kolbendrücke aufnehmenden Gehäuse zu drehen, eine exzentrische Kreisrollbewegung ausführt und deren innenbeaufschlagte Kolben, die je aus einem Mantelkolben und einem in diesem verschieb- und verdrehbaren Kernkolben bestehen, mit ihren beiden äußeren kegeligen Köpfen an schrägen außermittigen Führungsbahnen abrollen, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn (17) für den äußeren Kopf (16) des Mantelkolbens (15) auf der einen Seite der Quermittelebene der Kolben (14, 15) und die Führungsbahn (20) für

den äußeren Kopf (19) des Kernkolbens (14) auf der anderen Seite der Quermittelebene angeordnet ist.

2. Kolbenkopf führung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führangsbahnen (17, 20) einen dachartigen Querschnitt haben.

3. Kolbenkopfführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugenden der Führangsbahnen (17, 20) so zueinander versetzt angeordnet sind, daß die gedachte Kegelspitze der Führungsbahn (20) der Kernkolben (14) weiter außen liegt als diejenige der Führungsbahn (17) der Mantelkolben (15).

4. Kolbenkopfführang nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Querschnittsverhältnis der beiden Kolbenteile (14,15) und die Neigung der Führungsbahn (17, 20) gegen die Quermittelebene so gewählt sind, daß die Resultierende aller im Betrieb auf die Kolbenteile wirkenden Kräfte der Flüssigkeit und der Führangsbahnen sowie der dynamischen Kräfte keine Axialkomponente parallel zur Maschinenwelle aufweist.

5. Kolbenkopfführung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherang der Kolben gegen Abheben von den Führangsbahnen (17, 20) eine mit dem Mantelkolben (15) zusammenwirkende Gegenführungsbahn (22) am Gehäuse vorgesehen ist, während für den Kernkolben (14) dessen Kopf (19) als Sicherang gegen Zurückgleiten in den Mantelkolben (15) dient.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 812 620;
USA.-Patentschriften Nr. 2 074 068, 2383 059.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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