DE1241196B - Pneumatisch betriebener Radialkolbenmotor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

.nt. α.:

F02g

Deutsche Kl.: 46-a - 5/01

Nummer: 1 241196

Aktenzeichen: R 346991 a/46 d

Anrneldetag: 16. März 1963

Auslegetag: 24. Mai 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen pneumatisch betriebenen Radialkolbenmotor, dessen die Arbeitszylinder und Kolben enthaltender Läufer um einen Schieber drehbar ist, der mit zwei verschieden großen Kammern versehen ist, die den Einlaß und Auslaß der Arbeitszylinder bilden, und von denen jede stets mit mindestens einem Arbeitszylinder in Verbindung steht, wobei sich die Kolben an einem äußeren, im Betrieb exzentrisch zum Schieber angeordneten Führungsring abstützen, demgegenüber der Läufer zwecks Änderung des Kolbenhubes und Umkehrung der Drehrichtung mit dem Schieber vermöge einer Führung radial verstellbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei derartigen Motoren in jeweils zwei der Größe nach gleichen, jedoch entgegengesetzten radialen Verstellungen und damit sowohl bei Rechtslauf wie bei Linkslauf gleiche Verhältnisse zu schaffen.

Sind die beiden den Einlaß und Auslaß der Arbeitszylinder bildenden Kammern gleich groß, wie ao dies bei bekannten Radialkolbenmotoren der Fall ist, dann ergeben sich ohne weiteres gleiche Verhältnisse bei Rechtslauf und Linkslauf, so daß die genannte Aufgabe nicht gestellt ist. Dafür sind diese Motoren aber auch nur für hydraulischen Betrieb geeignet, as weil sie auf die Expansion eines gasförmigen Druckmittels keine Rücksicht nehmen.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Führung so geformt ist, daß die Verbindungslinie der jeweiligen Schnittpunkte der Drehachse des Führungsringes mit einer gedachten, mit dem Schieber festen und auf der Drehachse senkrecht stehenden Ebene mit der die Totpunkte der exzentrischen Führung enthaltenden und durch den Drehpunkt des Läufers gehenden Geraden in den beiden Endstellungen der Verstellung den gleichen Winkel einschließt. Daß diese Maßnahme eine Lösung der Aufgabe darstellt, wird an Hand eines gezeichneten Ausführungsbeispiels weiter unten gezeigt werden.

Im Gegensatz zu dieser Maßnahme fallen bei den erwähnten bekannten Motoren Totpunktlinie und Verstellrichtung zusammen. Es ist zwar ein Radialkolbenmotor bekannt, bei dem die beiden den Einlaß und Auslaß bildenden Kammern verschieden groß sind. Bei diesem Motor liegen jedoch insofern andere Verhältnisse vor, weil die Verstellung durch Drehen des als Exzenter ausgebildeten Schiebers bewirkt wird. Im Gegensatz zu einem erfindungsgemäß gebauten Motor entstehen hier besonders ungünstige Bedingungen, weil der Schließwinkel des Schiebers unzureichend klein wird. Die abdeckende Umfangs-Pneumatisch betriebener Radialkolbenmotor

Anmelder:

Reden A/B Soya, Hagersten (Schweden)

Vertreter:

Dr.-Ing. G. Eichenberg

und Dipl.-Ing. H. Sauerland, Patentanwälte,

Düsseldorf, Cecilienallee 76

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Gustav Erik Björklund, Stockhohn

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 4. April 1962 (3763)

fläche des Schiebers ist bei diesem Motor nur unbedeutend größer als die Weite der Zylinderöffnung. Zwar ergibt sich eine bauliche Vereinfachung durch die Verwendung des Schiebers als Verstellexzenter. Dafür müssen aber ungünstige Betriebsverhältnisse in Kauf genommen werden.

In der bevorzugten Ausführung der Erfindung werden die den Einlaß und Auslaß bildenden Kammern von Aussparungen gebildet, die durch vorzugsweise ebene parallele Flächen auf entgegengesetzten Seiten des Schiebers begrenzt sind, wobei die dem Einlaß zugeordnete Fläche in größerem Abstand von der Mitte des Schiebers liegt als die dem Auslaß zugeordnete Fläche. Dadurch wird der Aufbau des Motors erheblich vereinfacht.

Ferner entspricht es der bevorzugten Ausführung der Erfindung, daß der Schieber zwecks Umkehr der Drehrichtung des Läufers in seiner Querrichtung geradlinig zum Laufring verschiebbar ist und die den Einlaß und Auslaß bildenden Kammern sowie die mit den Zyünderöffnungen des Läufers zusammenwirkenden Flächen des Schiebers so ausgebildet werden, daß der Schieberwinkel bei gleichen Kolbenhüben in beiden Richtungen gleichbleibt. Dabei wird unter dem Schieberwinkel der Winkel verstanden, um den der Schieber relativ zu einer Lage des Läufers gedreht ist, in welcher die Eintrittsöffnung zu einem Zylinder sich gerade zu öffnen beginnt und der zugeordnete Kolben sich in seiner inneren Totlage befindet.

Zweckmäßigerweise ist der Schieber geradlinig von einer Lage, in der die Exzentrizität einen positiven Höchstwert hat, in eine Lage, in der die Exzentrizität Null ist, und von dieser letzteren Lage geradlinig in

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eine Lage verschiebbar, in der die Exzentrizität einen negativen Höchstwert hat. Es ist statt dessen jedoch auch möglich, den Schieber längs einer gekrümmten Kurve verschiebbar zu machen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung diene die Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäß gestalteten Motors,

F i g. 2 ein dem Schnitt nach F i g. 1 entsprechendes Diagramm zur Veranschaulichung der geometrisehen Verhältnisse bei Umkehr der Drehrichtung,

F i g. 3 einen in anderer Ebene als in F i g. 1 geführten Querschnitt durch einen erfindungsgemäß gestalteten Motor mit auf vollständig geradliniger Bahn verstellbarem Läufer,

Fig. 4 eine der pig. 2 ähnliche Darstellung für den Fall, daß der Läufer auf zwei gegeneinander gewinkelten geradlinigen Bahnen verstellt wird,

F i g. 4 a ein zur weiteren Erläuterung der F i g. 4 dienendes Diagramm,

F i g. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Falles, daß die Verstellung längs einer gekrümmten Bahn erfolgt, und

Fig. 6 einen der jFig. 3 entsprechenden Querschnitt für den in Fig. S veranschaulichten Fall.

In der Zeichnung bezeichnet 1 einen Schieber und 2 einen darauf drehbar gelagerten Läufer mit Zylinderräumen 3 und darin radial im Verhältnis zur Drehachse ο des Läufers beweglichen Kolben 4. In der Zeichnung sind sechs als Kugeln ausgebildete Kolben dargestellt, die in Aussparungen 5 einer Laufbahn eingreifen, die von der Innenseite eines umgebenden Führungsringes 6 gebildet wird. Der Ring 6 ist ebenso wie der Läufer 2 im nicht gezeichneten Gehäuse des Motors gelagert, ist aber um eine Achse o' drehbar, die exzentrisch im Verhältnis zum Schieber 1 liegt. Der Schieber 1 bildet mit dem Läufer 2 zwei in Längsrichtung sich erstreckende Kammern, von denen die Kammer 7 den Einlaß und die Kammer 8 den Auslaß für ein gasförmiges Druckmittel, vorzugsweise Druckluft, bildet. Bei der Drehung des Läufers wird der Ring 6 durch die im Eingriff mit den Aussparungen 5 auf der Innenseite des Läufers stehenden Kugeln 4 mitgenommen, die als Kolben und Sperrkörper wirksam sind. Infolge der Exzentrizität des Ringes 6 im Verhältnis zum Schieber 8 und Läufer 2 bewegen sich die Kugeln während jeder Umdrehung von einer inneren Totpunktlage, in der sich die Kugel 4 a befindet, nach außen in den Zylinderräumen bis zu einer äußeren Totpunktlage, in der sich die Kugel 4 b befindet. Öffnungen 9 führen zu den Zylinderräumen. Während einer vollen Umdrehung läuft jede öffnung der Reihe nach an der Einlaßkammer 1, an der einen Zylindersegmentfläche 10 des Schiebers, an der Auslaßkammer 8 und an der anderen Zylindersegmentfläche 11 des Schiebers vorbei. Der Kolbenhub ist gleich der doppelten Exzentrizität, die dem Abstand zwischen ο und o' entspricht.

Die vom Schieber! mit dem Läufer2 gebildeten Kammern 7 und 8, die den Einlaß und Auslaß bilden, sind durch ebene, parallele Flächen 12, 14 begrenzt, die verschieden weit von der Drehachse ο entfernt sind, und zwar derart, daß die Einlaßkammer einen kleineren Querschnitt hat als die Auslaßkammer.

Das Diagramm in Fig. 2 zeigt den Schieber 1, seine ebenen Flächen 12 und 14 sowie eine Zylinderöffnung in verschiedenen Lagen 9 a, 9b, 9c und 9d.

Der Ring 6 ist durch strichpunktierte Kreise 6 a, 6 b angedeutet, die zwei verschiedene Lagen des Ringes zeigen, und zwar eine Lage, in der er (zusammen mit dem Läufer) sich in der Richtung des Pfeiles RA um eine Achse A dreht, und eine andere Lage, in der er sich in der Pfeilrichtung RB um eine Achse B dreht. Die strichpunktierte Linie 15 bezeichnet eine Symmetrieebene des Schiebers,_die. senkrecht zu den Schieberflächen 12, 14 lielr^iEfta Winkellage, in welcher der Kolben bei dif öfi&rimtung RA sich in seiner inneren Totpunktls&e Wnhdjp, ist mit VA und die entsprechende Winkeül^^**'der Drehrichtung RB mit FjB bezeichnet. In derLage 9 a soll die Öffnung gerade mit der Einlaßkammer 7 in Verbindung gesetzt werden, und in der Lage 9 b ist sie gerade geschlossen worden. Der Winkel zwischen diesen Lagen, also der Einlaßwinkel, ist mit α bezeichnet. In der Lage 9 c soll die Öffnung gerade mit der Auslaßkammer 8 in Verbindung gesetzt werden, und in der Lage 9d wurde sie eben geschlossen. Der Winkel zwischen diesen Lagen, also der Auslaßwinkel, ist gleich α + 2δ + 2γ, wobei ö den Winkel bezeichnet, um den sich der Mittelpunkt der Öffnung von der inneren Totpunktlage VA bis zu der Lage bewegt, in welcher die Öffnung eben mit dem Einlaß in Verbindung gesetzt werden soll, γ bezeichnet den Winkel, um den sich der Mittelpunkt der öffnung von dem Augenblick, wo die Öffnung sich mit dem Auslaßkanal 8 in Verbindung zu setzen beginnt, bis zur äußeren Totpunktlage bewegt, also der Lage des Läufers, in welcher der betreffende Kolben sich in seiner äußeren Endlage befindet. Mit β ist der Winkelbereich bezeichnet, in dem die Verdichtung bzw. Ausdehnung des Arbeitsmittels im Zylinderraum stattfindet.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ist der Schieber bei Drehung des Läufers im Uhrzeigersinn, gegen die innere Totlage VA gerechnet, um einen Winkel von 90° — δ — α/2 entgegen der Drehrichtung gedreht. Dieser Winkel ist eingangs als Schieberwinkel bezeichnet worden. Derselbe Winkel, von der Lage VB aus gerechnet, ergibt sich bei Drehung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn. Da die Einlaßkammer 7 dabei auf derselben Seite des Schiebers liegt, sind die Winkel α, β und <x + 2 δ + 2 γ für beide Drehrichtungen unverändert. Alle charakteristischen Winkel bleiben also unabhängig von der Drehrichtung gleich.

Gewöhnlich ist der Ring 6 drehbar, aber unverschieblich im Motorgehäuse gelagert, während Schieber und Läufer in ihrer Querrichtung im Gehäuse verschiebbar sind, so daß sich die Exzentrizität und damit auch der Kolbenhub ändern läßt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, bedingt eine Umkehrung der Drehrichtung eine derartige Verstellung des Läufers und Schiebers im Verhältnis zum Ring, daß die Drehachse des Ringes mit dem Punkt B statt mit dem Punkt A zusammenfällt, und umgekehrt. Am einfachsten läßt sich somit die Umkehrung dadurch erreichen, daß Läufer und Schieber parallel zur Geraden AB verschoben werden. Diese Gerade liegt im dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zu den ebenen Flächen 12 und 14. Beim größten Kolbenhub ist die Exzentrizität E_A = E_B = E. Das heißt, daß die Exzentrizität in der Lage A gleich derjenigen in der Lage B ist. Der senkrechte Abstand zwischen der Drehachse ο des Läufers und der Linie AB ist mit e bezeichnet und kann als Exzentrizität des Ringes rechtwinklig zu den Schieberflächen 12 und 14 be-

zeichnet werden. Gemäß Fig. 2 besteht zwischen e und B die Beziehung

e = Ecos(a/2 + d).

Die geradlinige Verschiebung ist gemäß F i g. 3 möglich. Dort sind mit 16 ein Lager für den Schieber 1 und mit 18 zwei mit dem Lager diametral verbundene radial angeordnete Zapfen bezeichnet, mittels deren das Lager sich zum Motorgehäuse 17 verschieben läßt. Das Gehäuse hat Lagerbohrungen 19 für die Zapfen 18, die bei Verstellung des Schiebers längsverschoben werden. Die Drehachse ο des Schiebers kann unter Einhaltung der Exzentrizität e aus der in Fig. 3 gezeigten rechten Endlage geradlinig zu einem Punkt O₂ verstellt werden, der ebensoweit nach links gegen die Mitte versetzt ist.

Der Schieber braucht nicht längs einer einzigen Geraden verstellt zu werden. Falls unveränderte Schieberwinkel für verschiedene Werte der Exzentrizität E erwünscht sind, läßt sich die Vorrichtung in so der in Fig. 4 und 4a gezeigten Weise ausbilden. F i g. 4 zeigt ein der F i g. 2 ähnliches Schieberdiagramm. F i g. 4 a läßt erkennen, daß der Führungsring nicht direkt von A nach B verschoben wird, sondern geradlinig von A nach ο und dann geradlinig von ο nach B. Aus Fig. 4 und 4a ist ersichtlich, daß die Schieberwinkel bei der Verstellung unverändert bleiben, während E sich ändert.

In F i g. 5 ist schematisch die Verstellung längs einer gekrümmten Linie von A nach B dargestellt, die symmetrisch zu einer zentrischen Ordinatenachse liegt. Bei einer solchen Verschiebung werden die Winkel β und γ mit abnehmendem B kleiner, während d größer wird.

In F i g. 6 ist schematisch eine praktische Ausführung einer Verstellung nach F i g. 5 dargestellt. Im Vergleich mit F i g. 3 sind hier die geraden Lagerbohrungen 19 für die Zapfen 18 durch gekrümmte Bahnen 21 für Führungsrollen 22 ersetzt, die auf radialen Armen 23 des Schieberlagers drehbar gelagert sind. Mit 24 ist die gekrümmte Linie bezeichnet, längs der die Schiebermitte ο sich bewegt.

Die Schaffung optimaler und gleicher Bedingungen für beide Drehrichtungen, wie sie die Erfindung ermöglicht, ist vor allem bei schnellaufenden Motoren von großer Bedeutung, bei denen verlangt wird, den Motor in beiden Drehrichtungen ohne Änderung der Eigenschaften betreiben zu können. Es wurde gefunden, daß ohne Anwendung der Erfindung Drehzahlen in der Größenordnung von 75 000 U/min oder mehr nicht erreichbar sind. Vor allem hat die Erfindung Bedeutung für Fälle, wo es erwünscht ist, die Drehrichtung unter Beibehaltung gegebener Daten umzukehren.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Pneumatisch betriebener Radialkolbenmotor, dessen die Arbeitszylinder und Kolben enthaltender Läufer um einen Schieber drehbar ist, der mit zwei verschieden großen Kammern versehen ist, die den Einlaß und Auslaß der Arbeitszylinder bilden und von denen jede stets mit mindestens einem Arbeitszylinder in Verbindung steht, wobei sich die Kolben an einem äußeren, im Betrieb exzentrisch zum Schieber angeordneten Führungsring abstützen, demgegenüber der Läufer zwecks Änderung des Kolbenhubes und Umkehrung der Drehrichtung mit dem Schieber vermöge einer Führung radial verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung so geformt ist, daß die Verbindungslinie der jeweiligen Schnittpunkte (A und B) der Drehachse des Führungsringes (6) mit einer gedachten, mit dem Schieber (1) festen und auf der Drehachse senkrecht stehenden Ebene mit der die Totpunkte (z. B. VA) der exzentrischen Führung enthaltenden und durch den Drehpunkt (o) des Läufers (2) gehenden Geraden in den beiden Endstellungen der Verstellung den gleichen Winkel (90° -δ- a/2) einschließt.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einlaß und Auslaß bildenden Kammern (7, 8) von Aussparungen gebildet werden, die durch vorzugsweise ebene parallele Flächen (12, 14) auf entgegengesetzten Seiten des Schiebers (1) begrenzt sind, wobei die dem Einlaß zugeordnete Fläche (12) in größerem Abstand von der Mitte (0) des Schiebers liegt als die dem Auslaß zugeordnete Fläche (14).

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (1) zwecks Umkehrung der Drehrichtung des Läufers (2) in seiner Querrichtung geradlinig zum Laufring (6) verschiebbar ist und die den Einlaß und Auslaß bildenden Kammern (7, 8) sowie die mit den Zylinderöffnungen (3) des Läufers (2) zusammenwirkenden Flächen (12, 14) des Schiebers (1) so ausgebildet sind, daß der Schieberwinkel (90° — δ — dl) bei gleichen Kolbenhüben in beiden Drehrichtungen gleichbleibt, wobei der Schieberwinkel gleich dem Winkel ist, um den der Schieber (1) relativ zu einer Lage des Läufers (2) gedreht ist, in welcher die Eintrittsöffnung (z. B. 9 a) zu einem Zylinder (3) sich gerade zu öffnen beginnt und der zugeordnete Kolben (4) sich in seiner inneren Totlage befindet.

4. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (1) geradlinig von einer Lage, in der die Exzentrizität einen positiven Höchstwert hat, in eine Lage, in der die Exzentrizität Null ist, und von dieser letzteren Lage geradlinig in eine Lage verschiebbar ist, in der die Exzentrizität einen negativen Höchstwert hat.

5. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber längs einer gekrümmten Kurve verschiebbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 873 207, 826 396; schweizerische Patentschrift Nr. 245 783;
USA.-Patentschrift Nr. 2502546.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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