DE3041477A1 - Kolben und h-foermige kolbenschuhe in radialkolbenaggregaten - Google Patents

Description

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Anmelder : Dr.Richard Breinlich

Felsenkellerweg 1 712 Bietigheim/Bissingen.

Erfinder: Karl Eickmann

2420Isshiki, Hayama-machi Kanagawa-ken, Japan

Kolben und H-foermige Kolbenschuhe in Radialkolbenaggregaten.

Die Erfindung betrifft die Ausbildung des Kolbens zur Aufnahme und schwenkbaren Lagerung eines H-foremigen Kolbenschuhes. Die H - foermigen, auch eintauchende oder tieftauchenden Kolbenschuhe genannt, sind aus meinen Patentschriften 1,403,748; 1,302,469 ; 25 00 779 und 25 01 158 bekannt. Aus diesen Patentschriften kennt man auch den Rotor mit seinen Radialstegen, an deren Zylinderteilflaechen die Kolben gefuehrt sind und das radiale Einwaerts Vorbeigleiten der Kolben= schuh-Seitenteile an dem Aussendurchmesser der Rotorstege vorbei radial nach innen. Daraus ergab sich der lange Kolbenhub dieser Aggregate bei gegebener Bauabmessung. Der Kolbenschuh ist mit einem Schwenkgelenk im Kolben gelagert. Bei der bekannten Ausfhuehrung blieben die radial aeusseren Kanten des Kolbens aber noch radial innerhalb der seitlichen Fuehrungsteile des H-foermigen Kolbenschuhes.

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ORIGINAL INSPECTED

Fuer Aggregate mit langen Kolbenhueben, soweit die Huebe pro gegebenem Innendurchmesser der Kolbenhubfuehrung nicht allzu lang waren, also insbesondere bei Pum^pen, hat sich die Ausfuehrung nach den bekannten Patentschriften bestens in der Praxis bewaehrt.

Durch die gegenwaertige Erfindung wird erkannt, dass derartige Aggregate insbesondere als Motoren neue Anwendungsgebiete erschliessen koennen, bei denen die Rotoren der Motoren zum Beispiel auch gleichzeitig treiben und tragen koennen. Die Verwendung der Aggregate als Motoren hat daher zugenommen. Bei Motoren aber ist ein grosser Relativkolbenhub von hoher Wichtigkeit, um ein hohes Drehmoment bei kleiner Abmessung des Motors zu erhalten .

Der Innendurchmesser der Kolbenhubfuehrung, also der

Dux'chmesser der Kolbenhubfuehrungsflaeche wird mit "da" bezeichnet und der Kolbenhub mit "S" (stroke), wobei der Kolbenhub pro halber Rotorumdrehung S-2e ist mit "e" = Exzentrizitaet zwischen Rotorachse und Achse der Kolben= hubfuehrungsflaeche(n). Fuer hohen Wirkungsgrad des Motors und grosses Drehmoment des Motors muss daher ein hohes Hubverhaeltnis "S/da" ange= strebt werden. Tn der Pumpe auch, doch ist in der Pumpe der Wirkungsgrad nicht so wichtig und das Hubverhaeltnis nicht so wichtig, wie im Motor. Denn die Pumpe kann auch bei geringerem Wirkungsgrade arbeiten, waehrend fuer den Motor ein guter Wirkungsgrad und hohes Drehmoment pro gegebener Reibverhaeltnisse unerlaesslich ist.

Fuer das grosse HubverhaeLtnis "S/da"benoetigt man eine gute Fuehrung der Kolben. In modernen Motoren nach der Erfindung ist das Hubverhaeltnis mindestens 0,12; oft aber auch o,20, was bedeutet, dass der Kolbenhub 12 bis 20 Prozent des Fuehrungsdurchmes^ers "da" erreicht. In Sonderausfuehrungen auch einen noch hoeheren Prozentsatz. Parallel zum Hubverhaeltnis ist die relative Ausschwenkgroesse (Schwenkwinkel) des Kolbenschuhes am Kolben oder im Kolben. Der mit steigendem Hubverhaeltnis steigende Ausschwenkwinkel des Kolbenschuhes steigert die Kraftkomponente in Umlauf richtung. Diese Kraftkomponente in Umlaufrichtung ist besonders in Motoren zur Erzeugung des Drehmomentes erwuenscht. Die Folge der gesteigerten Kraftkomponente in Umlaufrichtung und damit des Drehmo=» mentes hat aber einen verstaerkten Druck der Kolbenaussenflaeche auf den betreffenden Teil der Zylinderwand oder der Gleitflaeche des Rotorsteges

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zur Folge. Es ist daher das Ziel der Erfindung, eine verbesserte Fuehrung des Kolbens zur Steigerung der rationellen Gleitfaehigkeit des Kolbens an ; dem betreffendem Teil der Gleitflaeche der Zylinderwand oder des Rotorsteges

zu schaffen.

: Das Ziel der Erfindung wird dadurch erreicht, dass die radial

aeusseren Kolbenteile so weit nach radial aussen verlaengert werden,

! dass sie an dem Innendurchmesser der seitlichen Fuehrungsteile des Kolbon-

, schuhes vorbei radial nach aussen ragen. Dadurch ist die Aussenflaecho des

Kolbens radial nach aussen verlaengert, sodass eine laengere Auflageflaeelie des Kolbens auf seiner Fuehrungsflaeche im Zylinder und am Rotorsteg entsteht.

Die groessere Flaeche laesst eine groessere Tragkraft fuer die Kraflkompo= nente in Umlaufrichtung und damit eine groessere derartige Kraftkomponente

und groesseres Drehmoment zu.
]
^f Noch vollendeter kann das Erfindungsziel dadurch erreicht werden,

dass man in dem so radial verlaengertem Kolbenteil eine Druckfluidtaseho

in Umlaufrie-'htung etwa in der Radialhöhe des Schwenkpunktes odor dor Schwenkachse anordnet und die erfindungsgemaesse Radialverlaengerurig der ) radial erstreckten Kolbenteile bis ueber die Aussen^gleitflaeche des

ι Kolbenschuhes hinaus verlaengert. Dadurch erreicht man den Angriff der

Drehmomentenkraft am langem Hebelarm und mittels einer Druckfluidsaeule

j anstelle mechanischer Reibung. Ais weiterer Vorteil kann dabei eine

Verei nfachung der Herstellung des Kolbens, des Kolbenschuhes und des \
j Schwenkgelenkes zwischen Kolben und Kolbenschuh entstehen.

So erreicht die Erfindung einen Anstellwinkel des Kolbenschuhes

zur Kolbenhubfuehrung, der mindestens gleich gross zu Axialkolbenmotoren mit Schraegscheiben und Massivkolben ist. Der Radialkolbenmotor der Erfindung wird also den genannten Axialkolbenmotoren im Drehmoment pro Baugroesso und im Drehmoment pro Reibteilen mindestens ebenbuertig. Gleichzeitig ist

: im Motor aber die Verkantungstendenz der Kolben in den genannten Axialkolbon-s

aggregaten ausgeschaltet, da der Kolben waehrend des ganzen Hubes in der Erfindung voll gefuehrt bleibt. Infolge der dadurch verringerten Verkantungs= gefahr und Verminderung der Kolbenreibung durch die Druckfluidtasche bei gleich grossem Hubverhaeltn is wird der Radialkolbenmotor der ISrfiii;=. dung dem genanntem flxialkolbenmotor gegenueber prinzipiell im Wirkungsgrad und der Leistung ueberlegen. Ausserdem erreicht der erfindungsgemaesse Motor diese Ziele bei sehr geringem Gewicht. Zum Beispiel sind etwa 100 ['S im Motor der Erfindung bei unter 12 Kg. Gewicht des Motors mooglich.

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ORIGINAL INSPECTED

Die LOrfindung betrifft daher eine Kolben-Kolbenschuh - Anordnung in einer Radialkolbenmaschine mit H-foermigem Kolbenschuh, Radialstegen mit v>rlaengerten Zylinderteilflaechen zur Fuehrungder Kolben am Rotor, schwenkbarer Lagerung des Kolbenschuhschwenkteules an einem Lagerbett im Kolben und an den Kolbens chuhzentralsteg oberhalb des Schwenkteiles heran= reichenden Schlitzen zwischen den seitlichen Fuehrungsteilen des Kolbenschuhes ,

worin die den S chw/e-n kteil des Kolbenschuhes stellenweise berueh =

rendon radial aeusseren Kolbenarme an der Schwenkauflage und an den Innen= l'laechen der Fuehrungsteile der Kolbenschuhe vorbei radial nach aussen erstreckt sind.

Nach bevorzugten Vervollkommnungen der Erfindung ist in Umlaufrichtung mindestens eine Druckfluidtasche in der Aussenflaeche des Kolbons angeordnet und ueber einen Kanal und eine Steuerkante zeitweilig mit Druckfluid beaufschlagt und / oder die genannten Kolbenarme auch ueber die Aussenflaeche des Kolbenschuhes hinaus verlaengert, wobei

zwischen den Kolbenarmen oberhalb eines Teiles des Kolbenschuhes eine Halterung zur Vermeidung des Herausfallens des Kolbenschuhes aus dem Kolben angeordnet sein kann.

Eine weitere Vervollkommnung der Erfindung kann darin bestehen, dass (Uo Soliwonkaiiflage 180 Grad Winkel um oLqs Schwenkzentrum nicht uebers te igt

Bei der Ausfuehrung nach der letztgenannten Vervollkommnung ist os rnoeglicli, die Schwenkflaechen im Kolben und am Kolbenschuh bei Spannung einer Serie der Teile auf einer gemeinsamen Achse gemeinsam zu schleifen oder sachgemaess zu bearbeiten, wodurch die bisherige Einzelbe = arbeitung ueberwunden werden und eine Serie von Kolben-oder Kolbenschuh = Schwenkflaechen gemeinsam bearbeitet werden kann.

Die technische und fabrikationsmaessige Ausbildung nach der Erfindung kann anhand verschiedener A usfuehrungsbeispiele vorgenommen werden.

Bei der'letztgenannten Vervollkommnung greifen die genannten Kolbenarme durch die Schlitze zwischen den Seitenteilen des Kolbenschuhes hindurch und radial am Kolbenschuhzentralsteg vorbei radial nach aussen.

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Die erfindungsgemaesse Radialverlaengerung der Kolbenarme kann gleichzeitig mittels der Umgreifung oder Beruehrung von Kolbenschuh= teilen die Verdrehung des Kolbens um seine Achse und damit relativ zum Kolbenschuh bewirken, also selbsttaetige Verdrehungsarrettierung be wirken. Dadurch wird gesichert, dass die Druckfluidtascho im Kolben immer in richtigen Lage bleibt und die Kraft aus ihr immer etwa in Richtung der Rotordrehung, also des Di*ehmoinenles_;wirksam bleibt.

Bei Verlaengerung der Kolbenarme ueber die Aussenflaeche des Kolbenschuhes hinaus koennen die Kolbenarmenden in die Ringnut in der Kolbenhubfuehrung eingreifen. Die letztere ist in dor genannten Patentschrift 1 402 369 ersichtlich und eine radial weiter innen, also nicht in Hohe des Schwenkzentrums angeordnete Druckfluidtasche kann man in der Patentschrift 1,453,433 finden.

Radialkolbenaggregate mit aeusseren, also nicht eintauchenden, nicht H-foermigen, Kolbenschuhen; zum Beispiel solchen nach der deutschen Patentschrift 2 307 997 , koennen keinen grossen Kolbenhub erreichen und sind daher als Motoren nicht rationell. Auch laesst deren Ausbildung die Verlaengerung der Kolbenarme ueber die Aussenflaeche des Kolbens

schuhes nicht zu, da derartige Kolbenschuhe keine Η-Form haben und ihnen daher der Schlitz fehlt, durch den die Kolbenarme hindurch zu ragen haet ten .

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Figur 1 ist eine Ansicht eines Kolbenschuhes nach einem Beispiel der Erfindung und zeigt rechts daneben die Schnittfigur entlang der

Schnittlinie A-A .

Figur 2 zeigt den Schuh der linken Figur in Figur 1 von oben gesehen. Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemaessen Kolben=

schuh mit anderer Lage und Ausbildung des Schwenkteiles. Figur 4 ist ein Laengsschnitt durch einen Oberteil eines Kolbens mit I¹Mgur 5 dessen Ansicht zeigenden Figur 4 von rechts gesehen. Beide

Figuren zeigen eine Ausfuehrungsform des Kolbens der Erfindung. Figur 6 zeigt einen Laengsschnitt durch ein anderes Kolbenkopfbeispiel. Figur 7 zeigt Schnitte durch weitere Ausbildungsbeispiele des Kolben =

Oberteiles.
Figur 8 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil ,insbesondere den Rotor und die Kolbenhubfuehrung eines Aggregates der Erfindung mit

eingebauten Kolben und Kolbenschuhen in Querschnitten. Figur 9 zeigt das gleiche, wie Figur 8,jedoch mit anderen eingebauten

Kolben und Kolbenschuh Beispielen nach der Erfindung. Figur 10 zeigt einen Querschnitt durch ein Teil eines Erfindungsaggre = gates mit eingebauten anderen Beispielen von Kolben und Schuh, wobei die linke Figur ein Schnitt durch die rechte ist.

Figur 1 1 zeigt den Kolbender Figur 10 separiert in Schnitten und Ansicht. Figur 12 zeigt, wieder Kolben bisher nach den eingangs genannten Patent·= Schriften ausgefuehrt war.

Figur 13 zeigt die Ansicht einer Spannplatte dafuer von oben und Figur 17 zeigt diese Platte der Figur 13 im Schnitt. Figur 14 zeigt Schnitte durch einen Teil eines Aggregates der Erfindung

mit eingebautem Kolben und Kolbenschuh Ausfuehrungsbeispiel. Figur 15 zeigt den Kolben eines anderen Ausfuehrungsbeispieles in

Schnitten und in einer Ansicht.
Figur 16 zeigt den dazu passenden Kolbenschuh als Ausfuehrungsbeispiel

der Erfindung in Schnitten.
Figur 18 zeigt Schnitte durch einen Teil des Aggregates, wie die Figur

sie zeigt, jedoch den Kolben und Schuh der Figuren 15, 16 eingebaut. Figur 19 zeigt Schnitte durch ein weiteres Beispiel der Kolbenoberteil =

Ausbildung der Erfindung, und
Figur 20 ist ein Diagramm, in dem Funktionen und Werte ueber dem

Rotorumlaufwinkel alpha eingetragen sind.

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In Figur 1 hat der Kolbenschuh der Erfindung nach diesem Aus=

fuehrungsbeispiel die Schwenkachse 22 um die die Schwenkwalze 12 ausgebil=

uoo det ist,wobei sich mit gleichbleibendem Radiusldie Lagerflaeche 23 ausbildet.

endwaerts der Schwenkwalze 12 koennen Radialstuetzen 1 13 ausgebildet sein. Oben aussen hat man die seitlichen Fuehrungsteile 13'mit den Endflaechen 18, den inneren Zugfuehrungsflaechen 17 und der aeusseren Gleitflaeche 16. Die inneren Flaechen 17 koennen bei Motoren oder Pumpen ohne Selbslansfiugc= betrieb gelegentlich fortgelassen werden. Die Figur 2 befindet sich unter der linken Kitrur 1 zu deren ISr I neu toning. Sie zeigt die Ansicht auf den

Schuh von oben und daher ist in ihr die "Η-Form" des eintauchenden oder tieftauchenden Kolbenschuhes sichtbar. Zwischen den seitlichen Fuehrungs = teilen 14 sieht man die bis an den Kolbenschuhzentralsteg 12 heranreichenden

]94·
Schlitze 93'zwischen den Aussenschenkeln des "H". In der Praxis wird dieser Kolbenschuh der eintauchende'oder tieftauchende"l<olbenschuh genannt, weil seine Aussenflaeche bis zum Aussendurchmesser der Rotorstege in den Rotor eintaucht (eintauchender Schuh) oder die Aussenflaeche 16 am Aussen= durchmesser 2-9 dz-r Rotorstege radial nach innen vorbei in die abgedrehten Rotorteile tief eintaucht (tieftachuchender Kolbenschuh. In der Patentamts= spracht lieissen die eintauchenden und üeftauchenden KolberisHiuhe

"H-formige Kolbenschuhe" wie sich aus den eingans erwaehnten Patentschriften _r-i j P/c LafCr-fltetkz. 2i hat ofen Rsdi'us -feo^^dU Sc^enkae^eIZ. DieKo<-bti,(icliSe t'titir· ΊΟ1.

Ein Vorteil des Koibenschuhes der Figur 1 besteht darin, dass die Schwenkachse hoch oben liegt, wodurch die Drehmomenten -An= griff skraft im Motor relativ weit nach radial aussen zu liegen kommt, wo bei der Motor ein entsprechend hohes Drehmoment erzielt mit Kraftangriff an langem Hohe lärm.

Ein weiterer Vorteil dieses Ausfuehrungsbeispiels der

Erfindung ist, dass der Kolbenschdh einfach herstellbar und billig ist. Denn die Schlitze 93 und die Lagerf Laeohe 23 kann man mit der Drehbank beim Einspannen an den Enden der Schwenkachse 22 einfach herstellen.

Im Ausfuehrungsbeispiel der Figur 3 hat die Schwenkwalze 20, deren Schwenkachse 22 hier etwas tiefer liegen kann, die Ausnehmungen 19, die dazu dienen,dass die Arretierungen 96 des Kolbens 3 der Figur 4 in die Ausnehmungen 19 eingreifen koennen und die Arrettierer 96 dabei den Kolbenschuh der Figur 3 gegen Herausfallen aus dem Kolbender Figur 4 sichern. Die Ausnehmungen 19 sind so bemessen, dass trotz der Arretier stifte 96 die Schwenkbewegung ungestoert erfolgen kann. Der Kolbenschuh» Zenlraisteg 21 ist in Figur 3 auch sichtbar.

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in das Lagerbett 4 im Kolben 3 eingesetzt ist.

In den Figuren 4 und 6 zeigt das Bezugszeichen 5 den vom Lagerbett 4 radial nach aussen erstreckten Schlitz, der zusammen mit dem Lagerbett 4 den Vorteil hat, dass diese Teile zusammen mit der Schwenk= lagerbettflaeche 6 bearbeitet werden koennen. Auch das ist ein wichtiger Vorteil der Erfindung. Bei der bisherigen Ausfuehrung des Kolbens nach der Figur 12 musste jede Schwenklagerflaeche 6 jedes einzelnen Kolbens einzeln eingespannt, geschliffen und gemessen werden. Bei dem Kolben nach der Erfindung ist es jedoch moeglich, eine grosse Anzahl Kolben 3 mit allen Schwenkachsen 22 in eine gemeinsame Schwenkachse zu spannen und die Schwenklagerbettflaechen 6 der Kolbenserie gemeinsam mit Form= fraeser zu fraesen und nach dem Haerten des KoLbens gemeinsam mit Form-Radiusschleifscheibe auf der Flaechenschleifmaschine zu schleifen. Dadurch faellt die Einzelbearbeitung weg und ebenfalls ist kein Messen mehr erforderlich. Die Bearbeitungszeit ist dadurch derartig verkuerzt, dass der Kolben um vieles Billiger wird, als der der Vortechnik war und nur noch einen Bruchi

teil des Kolbens der Vortechnik kostet.

In Figur 7 isb gezeigt, dass man auch auf den Arreltierstifl 96 verzichten kann, wenn man die Kolbenarme 1,2, wie in Figur 7 links gezeigt , mit Fortsaetzen 8 versieht, die man, wie Figur 7 rechts und unten zeigt, nach dem Einsetzen des Kolbenschuhes in das Lagerbett 4 umbiegt, wie in der rechten und unteren Figur 7 gezeigt. Die Ecken 8 oder Fortsaetze 8 erfuellen dann die Funktion des Haltestiftes 96 der Figur 4,5. Bei dieser einteiligen Kolbenausfuehrung ist verhindert, dass die Stifte 96 sich loesen koennten.

In den wichtigen Figuren 8 und 9 sieht man einen Teil des Rotors 24 im Radialschnitt mit zwei Zylindern 2*5,26. Die Rotorachse ist mit C bezeichnet. Centreaxis. Mit "e" ist die Achse (Mittellinie) der Kolbenhubfuehrung 35 bezeichnet. Eccentreaxis. Dazwischen ist die Exzentrizitaet "e" ausgebildet und der Kolbenhub pro Umdrehung des Rotors ist "S = 2 e", wie bereits beschrieben.Die Kolben 53,63 laufen in den Zylindern in bekannterweise radial auswaerts und einwaerts, wobei sie den Kolbenhub "S= Stroke" ausfuehren. Die aeusseren Gleitflaechen 16 der Kolbenschuhe 12,20 gleiten an der Intienflaeche 27 dos Kolbenhub= ringps 35 in der aus den eingangs erwaehnten Patentschriften bekannten Weise.Der Kolbonhubririg hat bei Lieftawcd enden Kolbenschuhon im Aggregat

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In den Figuren 4 und 5 hat das Oberteil des Kolbens 3 das Schwenkbett 4 mit der Lagerflaeche 6 zur Aufnahme des Schwenk=

teiles 20 des Kolbenschuhes und zur Lagerung der Schwenkflaeclie 23 auf der Lagerbettflaeche 6. Entsprechend der Erfindung ist die Lager=; bottflaeehe 6 nur etwa 180 Grad ausgebildet, 180 Grad um die Schwenkachse 22, sodass man den Vorteil hat, dass die Flaeche 6 mit einfachen Radius= fi-acsern oder Schleifscheiben hergestellt werden kann. Als weiterer Vorteil der Erfindung sind die Kolbenarme 1 und 2 vom KoLben 3 fier_; das Lagerbett beruehrend, radial nach aussen erstreckt. Sie koennen so weit radial nach aussen verlaengert sein, dass sie nach Einsetzen des Kolbenschuhes in das Schwenkbett 4 radial ueber die Aussenflaeche 16 des KoLbensc»-huhes herausragen. In Figur 5 sieht man Quch noch, dass die ^; Kolbenarme 1 ,2 so schmal sein muessen, dass sie in die SchLitzc 93,9^- der

tauchenden Kolbenschuhe eingreifen oder durch diese hindurchgreifen koennen. Wenn die Innenflaeche 17 des Kolbenschuhes eine nicht ge= zoiehntete Ausnehmung hat, kann die Armbreite der Arme 1 ,2 jedoch auch bri'ilcM-, als der Schlitz 93,94 sein.

Die Kolbenarme 1 ,2 sind ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung. DcMin sie bilden eine lange Kolbenfuehrungsteilflaeche, die radial ueber das SchwcMikzentru m 22 nach aussen reicht. Ausserdem ist es durch die Ausbildung des Bettes 4 und der Arme 1,2 nach diesen Figuren, moeglich, den Kolbenschuh 12,20, radial von aussen her in den Kolben hereinzulegen. Das war bei dem bisherigem Stande der Technik nicht moeglich, denn bisher musste der Kolbenschuh eine Schwenkwalzen Lagerflaeche· (23) von mehr, als 180 Grad Umgreifungswinkel haben, die Lagerbettfiaeche (6) um mehr als 180 Grad ausgebildet sein und das Schwenkwalzenteil (2,20, [ teilweise umgreifen, wodurch ein Hereinlagen des Kolbenschuhes in das

■) Bett 4 hinein unmoeglich war und die Kolbenschuhschwenkwalze von der

j Seite her und entlang der Schwenkachse 22 in das Lagerbett im Kolben

j hereingeschoben werden musste.

Im uebrigen sieht man, wie bereits beschrieben, dass die Haltestifte oder Arrettierer 96 im Kolbenoberteil angeordnet werden koennen, um in die Ausnehmungen 19 des Kolbenschuhes einzugreifen oder den Kolbenschuh anderartig gegen Herausfallen aus dem Schwenkbett 4 zu

In Figur 6 ist gezeigt, dass der Stift (die Stifte) 7

so hoch im Kolboiiobortoil angeordnet werden kann, dass dieser oberhalb der (ileitflaeche 16 des Kolbenschuhes liegt, wenn der Kolbenschuh 12,20

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din ebenfalls ons den genannten Patenten bekannte Ringnut 34, die die Kolbenhubfuehrungsflaeche 27 durchbricht und dabei zweiteilt und die i.icli radial von innen her in den Kolbenhubring 35 herein erstreckt.

Die Innenf ehe (n) 27 ist die wichtige Kolbenhubfuehrungsflaeche, die den Innendurchmesser "da" hat, sodass man aus'2e = S"und "da" das eingangs beschriebene Hubverhaeltnis "S/da" als wichtige Leistungs= und Wirkungsgrad - Kenngroesse des Aggregates erhalten kann.

Der Aussendurchmesser der Rotorstege ist mit Ziffer 29 gekennzeichnet und die Figur 8 zeigt den Rotorumlaufwinkel alpha 7AV isclien der Nullebene und der Radialachse des betreffenden Zylinders und KolbcJns. Auf diesem Winkel alpha beruhen die Daten des Diagrammes der Figur 20.

In den Figuren sind auch die Schlitze 5, sowie die

Kolbcnarme 1 und 2 zu sehen^und, wie die Kolbenschuhe mit dem betreffendem Kolbonschuhzentralsteg in den Schlitzen 5 des Kolbens schwenken. Der Winkel"gamma zeigt die Ausschwenkung der betreffenden Kolbenschuhe aus der Normallage und dieser Winkel erscheint ebenfalls im Diagramm der I¹MgUr 20. In den Figuren 8 und 9 ist noch ersichtlich, dass die erfindungs= [ gemaessen Kolbenarme 1 und 2 in die Ringnut 34 des Kolbenhubringes

eingreifen. Der Kolbenhubring 35 kann auch ein Teil des Gehaeuses sein oder als Gehaeuseteile mit der Kolbenhubflaeche 27 ausgebildet sein, damit der KoLbenhubring 35 eingespart werden- kann.

j Uebrigens zeigen diese beiden Figuren die lange Fuehrung der

Kolben zwischen den Rotorradialstegen und im Rotor. In der Figur 8 sind die Kolbenschuhe der Figuren 1,2 eingebaut und in Figur 9 die Kolbenschuhe der Figur 3. Mit ihren zugehoerigen Kolben. In die Zeichnungen sind die inleriial.ioiKiI verbreiteten Benennungen "Piston" fuer Kolben, "Shoe" fuer Kolb&nschuh j "Groove" fuer Ringnut und "Actuator" fuer Kolbenhub= fuohrung eingetragen.

Der Kolbenschuh der Figur 109 entspricht im Wesentlichem dem der Figur 3, jedoch ohne die Ausnehmungen 19. Die Halterung fuer den Kolbenschuh 21 im Kolben 73 wird hier durch einen selbst spannenden Plattenteil, die Spannplatte 9 bewirkt, die in entsprechenden Schlitzen 77 in den Kolbenarmen 1,2 selbsthaltend angeordnet ist. Diese Spannplatte 9 ist in den Figuren 13 und 17 separiert noch einmal fin rgostt'llt. Sie hai den Spannbogon 78 zwischen den Haltoenden 79. Kigur I 3 zeigt, dass die ICnden 79 seitlich einer Ausnehmung vorstehen, woln»i die Enden 79 die Teile 101, 102 des Kolbens der Figur 11 umgreifen

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so dass die Spannplatte 9 sich realtiv zu den Kolbenarmen 1 ,2 nicht verdrehen kann. Die Enden zwischen den Teilen 79 greifen in die Nuten der Arme 1,2, der Kolben 3 der Figur 11 ein, wie auch in Figur IO gezeigt ist. Das zeigt auch die Figur 10 links. Die Ausbauchung 78 kann vorgesehen sein, um mittels Platte 9 den Kolbenschuh fest auf die .Schwenk= bettflaeche ό zu druecken und dabei der Aussenflaeche des Kolbenschuhes bei der Schwenkbewegung geschmeidig zu folgen.

In den Figurenteilen der Figur IO sieht man den Kolben 73 im Zylinder 26 des Rotors 24. Der linke Teil der Figur ist ein Schnitt durch den rechten Teil der Figur entlang der Schnittlinie, wodurch deutlich wird, wie die Kolbenarme 1,2 und die sonstigen Teile zwischen den Rotor= Radialstegen 124 liegen.

Die Figur 11 zeigt den Kolben der Figur 10 in separierten Zeich= innigen, jedoch im Masstab, wie dem der Figuren 11 bis IH, damit die Kolben miteinander vergleichbar sind. Die jetzige Beschreibung der Figur sollie daher auch fuer die Figur 1 I gelten und mit ihr zusammen gelesen werden. Die wichtigen Teile der Kolbenhubfuehrung, wie 27, 34,35 sind auch in Figur 10 zu sehen und ebenso der Schlitz 5 zwischen den Kolbon = arni'.Mi 1 und 2.

Als erfindungsgemaesse Besonderheit haben die Kolben der jetzt beschriebenen Figuren etwa in Radialhöhe des Schwenkzentrunus die Druckfluidtaschensaetze 54,55 und / oder 71,72, die von aussen her in die Kolbenaussenflaeche und Aussenteile eingearbeitet sind. Die Kanael·? 5 1 und 56,66 sind im Prinzip aus der eingangs erwaohnton Patentschrift 1 ,453,433 bekannt, aus der auch die Steuerkanten, die die Steuernuten 60,59 in dem Schwenkteil des Kolbenschuhes begrenzen, bekannt sind. Die Steuernuten 59,60 beaufschlagen und steuern die Beaufschlagung der Kanaele 56,66 und damit der Druckfluid-Taschen 5-1 und.55· Diese Beaufschlagung erfolgt periodisch wechselnd bei jedem Umlauf des Rotors. Die Besonderheit nach dieser Erfindung besteht darin, dass die Druckfluidtaschen 54,55 aufgrund der erfindungsgemaessen Anordnung der Kolbenarme 1,2, jetzt erfindungsgemaess in radialer

Hoche des Schwenkzentrums 22 angeordnet sind. Waohrend sie? bei der Vortechnik zu tief radial innen lagen und dort nicht gut wirksam werden konnten. Sie lagen ausserilalb der ,aktuellen Angriffs Kraft·« komponente und verkanteten die Kolben mehr, als sien mit Druckfluid

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Aus der Kurve Ft der Figur 20 ist ersichtlich, dass die Last des Kolbens in Umlauf richtung, als in Drehmomentrichtung (oder entgegen·= gesetzt gerichtet dazu) mit dem Umlauf winkel "alpha des Rotors zunimmt und abnimmt. Daher muesste, wie die Erfindung erkennt, eigentlich ein Druckfluidfold, Druckfluidlasohe, 54,55 mit Veraenderbarkeit. des Querschnittes angeordnet worden, wenn das Druckfluidfeld die Tangen= tiallast immer richtig aufnehmen soll. Eine stufenlos veraenderlicheund gesteuerte Veraenderung der Querschnitte der Druckfluidtaschon 5-1, 5 5 ist jedoch schwierig und teuer. Daher ist im Ausfuehrungsbeispiel der Figur dieser Erfindung eine stufenweise Beaufschlagung mehrerer Druck= fluidtaschen mit Anpassung an die Funktion "Ft" der Figur 20 angeordnet.

Wenn der Kolben in Figur 10 auswaerts gleitet und die Schwenk= bewegung des Kolbenschuhschwenkteiles um 22 so weit fortgeschritten ist, dass die obere Kante der Wand des Steuerkanals 59 die Kanalbohrung 56 freizugeben beginnt, ist zunaechst nur die Druckfluidtasche 55 ueber den Steuerschlitz 59 mit der Druckleitung 51 zum Zylinder 26 verbunden. In diesem Zusfande ist die Druckfluidtasche 55 dem Druckfluid zugeschaltet. Sobald die Auswaertsbewegung des Kolbens (z.B. 3,73) analog den Daten der Figur 20 fortschreitet, ueberlaeuft die radial aeussere Wand der Druckfluidtasche 55,54 die in der Rotorwand angeordnete Verbindungstasrho 75,74 , wodurch die Verbindung des Druckfluids im Zylinder 26 mit der zugeschalteten Verbindungstasche 74 oder 75 entsteht. Nunmehr wirkt zusaetrlich zu dem Querschnitt der Druckfluidtasche 54 oder 55 auch noch der Querschnitt der Verbindungstasche 74 oder 75 auf die Kolbenwand und die /.y lindiM-wand nls K r;\ Π poslon in I) rolinionicMil .richtung »dor uingokoh rt dazu. Hs erfolgte aLso eine stufenweise Vergroesserung des Druckfluid = foldos in Umlauf richtung (Drehmomentangrf ffsrichtung) in analogy zur Kolben Radialbewegung und zu den Daten der Figur 20. Bei noch weiterer radialer Auswaertsbewegung verbinden die Druckfluid Verbindungstaschen 7-I odor 75 sich mit den weiteren Druckfluidtaschen 72 oder 71 in der Aussen = flaeche des betreffenden Kolbens, zum Beispiel 73. Diese Lage ist in Figur 10 rechts gezeichnet. Dieses ist die dritte Stufe der Druckfluid=? laschen Zuschaltung in Drehmomentrichtung oder entgegengesetzt dazu. .Jolzt ist die groesste Querschnittssumme der Druckfluidtaschon in Drehmonientriohtung erreicht. Das geschieht in der Lage, in der die Tnngonlialkrnft (Drelnnoniontkomponente) Ft in Figur 20 am groesston is) . Roim Hinwaertslauf des Kolbens schalten die Druckfluidtaschen in

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umgekehrter Reihenfolge nacheinander ab. Bei der zweiten Haelfte der betreffenden Rotorumdrehung steuert die Kante des Steuerschlitzes 60 die Druckfluidtaschen an der gegenueberliegenden Haelfte des Kolbens und die Steuertasche 59 schaltet die diesseitige, vorher beschriebene, Seite des Kolbens von der Be&ufschlagung der betreffenden Druckfluid= Taschen mit Druckfluid a.b. Die Taschen werden dann mit dem Niederdruck Bereich des Aggregates stufenweise nacheinander verbunden und abge=

schaltet. ^. , _. , _. „_ . . . _T

Die obere Figur der Figur 10 zeigt einen Laengs m

schnitt durch den Kolbenschuh, wie er sich aus dem Schnitt durch die Mittel« achse des Kolbens bzw. Schuhes der unteren Figur der Figur IO ergibt. Beachtenswert ist in der oberen Figur, dass diese den Kolbenschuh im 1:1 Verfiaelüiit der 1979 iger, 1980 Produktion zeigt. Die Steuertaschen 59,60 sieht man strichliert, da sie hinter der Schnittflaeche liegen und vor ihr. Die Ausnehmungen 57 verbinden die Steuertaschen, die gleichzeitig Druckfluid Entlastungstaschen sind. Die Kanaele 58 leiten das Druckfluid in die Druckfluidtaschen 61,62 in der Aussenflaeche, der Gleitflaeche des Kolbenschuhes, also in der Gleitflaeche 16, die an der Gleitflaeche (den Gleitflaechen ) 27 der Kolbenhubfuehrung 35 gleiten. Beachtens= wert ist, dass die Taschen 61,62 teilweise radial oberhalb des Schwenk= teiles 20 liegen, wodurch die Schwenkwalze 20 eine Radialstuetze fuer

\so
die Druckfluidtaschen 61,62 bildet und'auch fuer die die genannten Taschen umgebenden Dichtflaechenteile der GleitflaejDhe 16. In Figur I 1 sieht man den Kolben in einzelner Darstellung in Schnitten und in einer Ansicht und zwar in dem Masstab, der die Daten der Figur 20 ergibt.

Figur 12 zeigt einen Querschnitt durch den Kolben der

Vortechnik, wie aus den einganj? erwaehnten Patentschriften des Anmelders oder des Erfinders bekannt. Da die Boedenlder Kolben der Figuren 11 und 12 auf gleicher Ebene stehen, sieht man hier deutlich, dass der Kolben der Vortechnik oben viel kuerzer ist, also eine viel geringere Kolbenführung zu bieten hatte und ausserdem, dass beim Kolben der Vortechnik kein Platz vorhanden war, um die Drehmoment Druckfluidtaschen in Hoehe des Schwenkzentrums anzuordnen. Ferner sieht man, wie beim Kolben der Vortechnik die Lagerbettflaeche 6 um mehr als 180 Grad (etwa 240 Grad) um das Schwenkzentrum ausgebildet sein musste, um die entsprechende Schwenkwalze des Kolbenschuhes der Vortechnik stellenweise zu umgreifen, was die Einzeleinspannung, Bearbeitung und

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das Einzelmessen bei der Herstellung der Flaeche 6 erforderte und wodurch der Kolben der Vortechnik so teuer wurde. Das Schwenkzentrum ist beim Schwenkgelenk mit Kugelteilform der Mittelpunkt der betreffenden Teilkugelfiaechen des Gelenkes und bei der Schwenkwalzenform des Schwenkgelenkes oder der Schwenkauflage, wie nach der Erfindung die Schwenkwalzenachse. Beide sind jeweils mit 22 bezeichnet.

Die Figuren 14 und 18 zeigen im Wesentlichem Gleiches, wie die Figur TO, jedoch in einem Masstab, der die Daten der Figur 20 ergibt, also Kolben mit 20 mm Durchmesser, wobei das* Aggregat bei 130 mm "da" einen Kolbenhub "S*von 20 mm abgibt in der 1979 - i98O iger Produktion. Den linken Radialschnittfiguren ist jeweils die rechte Laen^gsschnittfigur durch das betreffende Teil des Aggregates zugezeichnet. In der Figur 14 sind die Kolben der Figur 11 mit ihren Kolbenschähen eingezeichnet. Im gleichem Rotorteil der Figur 18 sind die Kolben der Figur 15 mit ihren Kolbenschuhen der Figur 16 eingezeichnet.

Der Unterschied der Kolben der Figur 11 und der Kolben der Figur 15 ist, dass das Schwenklagerbett nicht walzenteilfoermig, also nicht hohlzylinderteilfoermig mit Zylinderteilfiaeche um die Schwenkachse 22 ausgebildet ist, wie in Figur 11, sondern kugelteilfoermig, also

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Holilkugelteilfoemig mit spaerischer Lagerbettflaeche vom Radiusium den Schwenkpunkt 22. Dadurch wird es erforderlich, den Schlitz 91,92 in das oebere Kolbenteil radial oberhalb des Sehwenkunktes 22 einzufraesen, •vas bei dem Kolben der Figur 11 nicht notwendig war. Mancher^ Hersteller ziehl jedoch dJe spfiaerische, kugelteilfoermige Ausbildung der Figuren 15 und 16 vor. Insbesondere deshalb, weil sphaerische Gelenke in AchsiaJfcolbenaggregaten, die bisher den Markt beherrschten, ueblich waren.

Technisch gesehen ist jedoch die Ausfuehrung mit Zylinderteilfbrm nach Figuren Figuren 11 und 3 radial tragfaehicjer und auch billiger in-der Herstellung, wenn man die vom Erfinder vorgeschriebenen Bearbeitungsmaschinen verwendet.

Der zugehoerige Kolbenschuh der Figur 16 hat entsprechend ein kugelteilfocrwiges Schwenkteil 20, das in das Lagerbett 104 im Kolben 3 der Figur 15 einsetzbar ist. Der Kolbenschuh benoetigt die Verjuengung 21 des Zentralteiles mit den Radienfiguren nach 20,23,21 der unteren Figur der Figur 16. Die Figur 15 zeigt ausserdem, dass im Kolben 3 statt der beiden Drehmoment - Druckfluidtaschengruppen zwecks Vereinfachung odor fuer geringere Wirkungsgrade des Aggregates auch ein einzelnes Taiigontialdruckl'luid Taschen paar 54,55 mit Steuerkanaelen 56,66 ange-

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ordnet sein kann. Ausserdem zeigen die Zeichnungen der Figur 15 die Ausbildung der oberen Kolbenarme 1,2, mit den Nutenteilen 77 und den Verengten Aussenteilen 101,102 zwecks Befestigung und Sicherung gegen Verdrehung der Halteplatte der Figuren 13 und 17. Zu beachten ist noch, wie die Zeichnung rechts zeigt, dass bei dieser Ausfuehrung und auch bei den Kolben der Figur 11 , wie jeweils die rechte Ansichts= zeichnung zeigt, der Kolbenteil oberhalb des Schwenklagers auf eine Abmessung durch die Abarbeitungen 91,92 verengt werden . muss, damit die seitlichen Fuhrungsteile des Koibenschuhes, die Teile 14 der Figur 2, in diese Abarbeitungen 91,92 hineinschwenken koennen oder teilweise in sie eintreten.

Das Ausfuehrungsbeispiel der Zeichnungen der Figur 19 zeigt, dass anstelle der Halteplatte oder Spannplatte der Figuren 13 und 17 auch einfach ein Stift oder mehrere Stifte 96 radial oberhalb des Kolbenschuhes angeordnet werdenk koennen, um diesen im Kolben zu halten. Man dreht dabei vorteilhafterweise die radial aeusseren Teile des Aussendurchmessers der Kolbenarme 1,2 etwas ab, oder bohrt sie an, um eine Vernietung der Stifte 96 zu ermoeglichen, ohne dass diese die Zylinderwand oder die Fuehrungsflaeche an den Rotorsegmenten beruehren und beschaedigen koennen.

Der Rotor mit seinen Radialstegen, wie er in den Aggregaten der lirfindung verwendet wird, ist nicht beschrieben, da dieser aus den eingangs erwaehnten Patentschriften des Anineldrers oder des Krfinders bokannt ist..

Das Diagramm der Figur 20 zeigt die Werte eines Aggregates mit 130 mm "da" , 20 mm Kolbenhub "S" und 20 mm Durchmesser der Kolben. Unter dem Diagramm sind die einzelnen Bedeutungen der Kurven eingetragen.

Die Berechnung dieser Werte ergibt sich aus den Forschungs= berichten des Erfinders, die auch die mathematischen Ableitungen und Beweise der Formeln enthalten. In ihnen findet man auch die entspre s clienden Messergebnisse aktuell eingesetzter Aggreate aus Japan und dor BRD. Es werden daher hier nur die Formeln gegeben, doch auf die

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Wiederholung ihrer Ableitungen und Beweise, die berechtigte vom Erfinder anfordern koennen, wird verzichtet.

Es gelten :

Kolbenhub = 2 e ■- S . (Masse in mm.) R

0< = Umlauf winkel zwischen der Nullflaeche und der Kolbenachse·

f = Schwenkwinkel des Kolbenschuhes im Kolben.

4a = Kolbenradiallage= e^/c( --^* Si'»¹«

Va -- Radialgeschwindigkeit des Kolbens = -COeC.StiKi-jj% $'^Λ2°il

f - Schwenkwinkel = JM.$in, (e/R)slmtx.

Ff - Tangentialkraft = Drehmomentkomponete ■= dp ίPi¹**·CfR)

HlS - Schwenkgeschwindigkeit der Schwenkflaechen relativ

j zueinander also Flaeche 23 auf Flaeche 6 = I

/tffa - Reibungsverlust der Kolbenwand auf der Zylinderwand, wenn die

Erfindung nicht angewendet ist und Reibungskoeffizient/^= 0,20 ist.® \\H - Reibungsverlust zwischen der Schwenkgejenkflaeche 23 und

der Lagerbettriaeche 6, wenn y. = -, 10 ist.

Die beiden letzteren Posten zeigen die Wichtigkeit der Anwendung der Erfindung, weil durch die Erfindung diese Verluste fast vollstaendig oder weitgehend aufgehoben werden. Ausserdem gelten die obigen Daten fuer 100 Bar Druck im Aggregat, und 1500 Umdrehungen pro Minute nach RER Bericht 7906.

ßs sei noch bemerkt, dass der lange Kolbenoberteil der Erfindung verbunden mit der Anwendung im Rotor mit Radialsteg von etwas kleinerem Durchmesser als "da, also etwa 90 bis 99,9 % da, eine so stabile Kolbenfuehrung bringt, dass der Kolben keinerlei Kipptendenz hat. Denn er ist beim ganzem Kolbenhub gefuehrt, durch die Radialstege des Rotors. Dadurch erhaelt die Erfindung ihre hohe Betriebssicherheit, ihren hohen Wirkungsgrad. Der Rotorstegaussendurchmesser 29 ist ei-findungsgemaess gegenueber der Vortechnik auf bis zu 99,99 Prozent von "da" verg-roessert.

Rs Schwenkbettradius 100. © Nfa-VaxFtxap

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Claims (1)

1. - •-

   Patentansprueche :

   Kolben und Kolbenscliuh - Anordnung in einer Radialkolbenmaschine mit H-foermigen Kolbenschuhen, Radialstegen mit verlaengerten Zylinderleilflaeehen zur Fuehrung dex~ Kolben am liolor, schwenkbaror Lagerung des Kolbenschuhschwenkteiles an einem Lagerbett im Kolben und an den Zentralsteg oberhalb des Schwenkteiles heranreichenden Schlitzen zwischen den seitlichen Fuehrungsteilen des Kolberischuhes, dadurch gekennzeichnet,

   dass die den Schwenkteil ('2,2<?) des Kolbenschuhes [iZito) stellenweise beruehrenden,radial nach aussen erstreckten/Kolbenarme ( hZ ) an der Schwenkauflage (dem Lagerbett) ( 6 ) und an den Innen = flaechen {lf ) der Fuehrungsteile ('3,/f) der Kolbenschuhe (Ι2,ίο) vorbei, radial nach aussen erstreckt sind .

   2.) Anordnung nach Anspruch 1 und dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Kolbenarme ( Λ2 ) bis ueber die aeussere Gleit = flaeche ( 16 ) des Kolbenschuhes (liiio) InlnQus erstreckt sind

   und oberhalb der genannten Gleitflaeche ('6 ) des Kolbenschuhes (f2,2< eine Halterung (^9(9έ ) zwischen den genannten Armen (ι·Ζ,ιοι₍tol) zwecks Verhinderung des Herausfallens des Kolbenschuhes aus dem Kolben (JiW-tt) angeordnet ist.

   3.) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Arme (μ,μ,ιοι) und die genannte Halterung (?,f, 96) in die Ringnut oder Ausnehmung ( H ) der Kolbenhubfuehrung ( ?5 ) hereinragen und dadurch mindestens teilweise radial ausserhalb der Kolbenhubfuehrungsf laechen ( 27 ) erscheinen.

   4.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine durch den Schwenkteil (β,το) und dessen Ausnehmungen (fSiio) mit ihren Steuerkanten mit Druckfluid periodisch beaufschlagte Druckfluidtasche (n,}i ) etwa in Radialhohe des Schwenk Zentrums ( 22 ) durch die Aussenflaeche des Kolbens hindurch in den Kolben (3·«.<>) hinein in Richtung der Drehmomenten Kraftkomponenie angeordnet ist.

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   -je-

   5.) Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

   ''■ dass die genannte Druckfluidtasche (η,Vi ) stufenlos regelbar oder

   ! mehrteilig, gegebenenfalls unter Mitbenutzung einer in der betreffenden

   Zylinderwand angeordneten Verbindungstasche (HiH) ausgebildet ist und dadurcli die wirksame Querschnittsflaeche der ι genannten Druckfluidtasche (SftSl) waehrend des Kolbenhubes dex-

   j Drehmomenten Kraftkomponente angepasst veraendert wird.

   j 6.) Anordnung nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet,

   j dass die genannte Druckfluidtasche (⁵^-Sy) aus zwei radial zu einander

   ι versetzten einzelnen Druckfluid taschen (W.5T, Ht}l ) besteht,

   j die periodisch nacheinander dem Druckfluid im Zylinder ( 26 )

   zugeschaltet und abgeschaltet werden.

   7.) Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,

   j dass der Kolbenschuhzentralsteg ( Zl ) und das Kolbenschuh -

   i Schwenkteil (Πιΐο) durch einen gleichen Radius (1οο )

   J um die Schwenkachse ( 2-1 ) ausgebildet sind.

   ι 8.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   dass der Kolbenschuh (20,11) mittels eines um eine Senkrechte zur

   Kolbenachse (/0/ ) in Schlitzen ( Jl ) im Kolben (?<W )

   schwingenden Stiftes ( 30 ) gegen Demontage gesichert sind.

   ').) Anordnung nach Anspruch I, gekennzeichnet dadurch ,

   dass oberhalb der Schwenkflaeche ( 23 ) des Kolbenschuhes (ßilo) Ausnehmungen ( 19 ) angeordnet sind, in die in den genannten Kolbenarmen (hl ) befestigte Haltestifte ( 96 )eingreifen

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