DE4004142A1 - IC-piston engine - has adjustable displaced volume with drive shaft encompassed by eccentric wheels rotatable in relation to drive shaft - Google Patents
IC-piston engine - has adjustable displaced volume with drive shaft encompassed by eccentric wheels rotatable in relation to drive shaftInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenmaschine mit ver stellbarem Fördervolumen.The invention relates to a piston machine with ver adjustable funding volume.
Derartige Maschinen sind vor allem als Pumpen oder Hydrau likmotoren im Einsatz. Aber auch als Verdichter oder Hubkol benmotor können sie sinnvoll sein.Such machines are mainly used as pumps or hydrau lik motors in use. But also as a compressor or reciprocating piston benmotor they can be useful.
Herkömmliche Verstellmaschinen haben den Nachteil, daß sie einen voluminösen und/oder aufwendigen Verstellmechanismus haben, so daß sie im Vergleich mit Konstantpumpen wesentlich größer und teurer werden.Conventional adjustment machines have the disadvantage that they a voluminous and / or complex adjustment mechanism have so that they are essential in comparison with constant pumps get bigger and more expensive.
Verstellbare Radialkolbenmaschinen weisen in der Regel um laufende Zylinder und Kolben auf, so daß die Kolben flieh kraftbelastet sind und wegen der Schlitzsteuerung des Flu idflusses besonders bei hohen Drücken oder bei Medien hoher Fluidität (Wasser, Gas) eine hohe Leckmenge zu erwarten ist. Es ist eine Kurbelwelle bekannt (DP 37 25 900 A1), bei der mit Hilfe einer parallel zur Kurbelwelle liegenden Welle ein Excenter auf dem Kurbelzapfen verstellt wird.Adjustable radial piston machines usually point running cylinders and pistons on, so that the pistons flee are loaded and because of the slot control of the flu flow especially at high pressures or with high media Fluidity (water, gas) a high leakage rate is to be expected. A crankshaft is known (DP 37 25 900 A1) in which with the help of a shaft parallel to the crankshaft Eccentric on the crank pin is adjusted.
Eine derartige Kurbelwelle ist aufwendig und erlaubt nur ein relativ geringes Verstellverhältnis.Such a crankshaft is complex and only allows one relatively low adjustment ratio.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.The invention seeks to remedy this.
Die Erfindung, wie sie gekennzeichnet ist, ermöglicht eine Verstellung der Hublänge der Hubkolben oder der Excentrität der Drehkolben mit einfachen Mitteln und in einem beliebig weiten Verstellverhältnis von maximalem Fördervolumen pro Umdrehung zu minimalem Fördervolumen pro Umdrehung. Dies wird dadurch erreicht, daß an der An- oder Abtriebswelle ei ne erste Excenterwelle derart drehfest, excentrisch angeord net ist, daß ihre Achse A1 den Abstand e1 von der Achse AW der An- oder Abtriebswelle hat. Eine zweite Excenterwelle, deren Achse A2 den Abstand e2 von der Achse A hat, ist mit Hilfe eines Getriebes um die erste Excenterwelle verdrehbar. Die zweite Excenterwelle bildet den Drehkolben einer Zellen maschine oder aber die Kurbel für die Hubkolben.The invention as characterized enables one Adjustment of the stroke length of the reciprocating piston or the eccentricity the rotary lobe with simple means and in any one wide adjustment ratio of maximum delivery volume per Revolution to minimum delivery volume per revolution. This is achieved in that egg on the input or output shaft ne first eccentric shaft so rotatably, eccentrically arranged net is that its axis A1 the distance e1 from the axis AW the input or output shaft. A second eccentric shaft, whose axis A2nd the distance e2nd from axis A has is with Can be rotated around the first eccentric shaft with the aid of a gear. The second eccentric shaft forms the rotary piston of a cell machine or the crank for the reciprocating pistons.
Wenn man die Excentritäten e1 und e2 gleich wählt (e1 = e2 : = e), kann die Hublänge der Hubkolben und die Excentrität der Drehkolben der Zellenmaschine stufenlos zwischen 0 und 2 * e verändert werden.If the eccentricities e 1 and e 2 are selected the same (e 1 = e 2 : = e), the stroke length of the reciprocating pistons and the eccentricity of the rotary pistons of the cell machine can be varied continuously between 0 and 2 * e.
Die Figuren dienen der Erläuterung der erfindungsgemäßen Lö sungen.The figures serve to explain the Lö according to the invention sung.
Fig. 1 zeigt die Excentritätsverstellung durch Relativver drehung zweier Excenterscheiben im Prinzip. Fig. 1 shows the eccentricity adjustment by relative rotation of two eccentric discs in principle.
In Fig. 1a zeigt für sechs verschiedene Stellungen der An- bzw. Abtriebswelle die Einstellung, bei der die senkrechten Verbindungsgeraden der Achsen AW und A1 und die senkrechten Verbindungsgeraden der Achsen A1 und A2 parallel liegen. Die Gesamtexcentrität ist hierbei 2 * e.In Fig. 1a, the driving or driven shaft shows the setting in which the vertical connecting straight line of the axes AW and A 1 and the vertical line connecting the axes A 1 and A 2 are parallel for six different positions. The total eccentricity is 2 * e.
In Fig. 1b und 1c liegen die senkrechten Verbindungsgeraden in einem Winkel 60° bzw. 120° zueinander und somit sind die Excentritäten zueinander verdreht. Die Gesamtexcentritäten liegen zwischen 0 und 2 * e. In Fig. 1b and 1c, the vertical connecting straight lines are at an angle of 60 ° and 120 ° to each other and thus the eccentricities are rotated to each other. The total eccentricities are between 0 and 2 * e.
In Fig. 1d sind die Verbindungsgeraden um 180° zueinander verdreht. Die Gesamtexcentrität ist 0 und damit ist auch das Fördervolumen pro Umdrehung gleich 0.In Fig. 1d the connecting straight lines are rotated by 180 ° to each other. The total eccentricity is 0 and therefore the delivery volume per revolution is 0.
Anhand von Fig. 2 wird eine Verstellmechanik zur Relativ verdrehung der beiden Excenter erläutert.An adjustment mechanism is for relative rotation of the two eccentric explained with reference to FIG. 2.
Zwei Wellen 1, 2 liegen konzentrisch umeinander. An der äuße ren Welle 2 ist die erste Excenterscheibe 3 fest, an der in neren Welle 1 ist ein Zahnrad 5 fest, das durch einen Schlitz in der ersten Excenterscheibe 3 bzw. der äußeren Welle 2 nach außen schaut.Two waves 1, 2 are concentrically around one another. On the outer shaft 2 , the first eccentric 3 is fixed, on the inner shaft 1 , a gear 5 is fixed, which looks through a slot in the first eccentric 3 or the outer shaft 2 to the outside.
Um die erste Excenterscheibe 3 liegt eine zweite Excenter scheibe 4, die mit einer Innenverzahnung 6 in das Zahnrad 5 greift. Um die zweite Excenterscheibe 4 liegt das untere Pleuelauge eines Kolbens.Around the first eccentric disc 3 is a second eccentric disc 4 , which engages with an internal toothing 6 in the gear 5 . The lower connecting rod eye of a piston lies around the second eccentric disk 4 .
Durch Relativverdrehung der Welle 1 zur Welle 2 wird die zweite Excenterscheibe 4 relativ zur ersten 3 verdreht und damit die Hublänge des Kolbens verändert.By rotating shaft 1 relative to shaft 2 , second eccentric disk 4 is rotated relative to first 3 and thus the stroke length of the piston is changed.
Um bei Verdichtern das Hubvolumen zu ändern, muß bei Verkür zung der Hublänge auch die Zylinderbuchse 15 zur Achse ver schoben werden.In order to change the stroke volume for compressors, the cylinder sleeve 15 must also be pushed to the axis when the stroke length is shortened.
Die Relativverdrehung der Welle 1 zur Welle 2 wird mit Hilfe eines besonderen Umlaufgetriebes bewirkt.The relative rotation of shaft 1 to shaft 2 is effected with the help of a special epicyclic gear.
Ein erstes dreiwelliges Planetengetriebe besteht aus dem Sonnenrad 8, dem durch das Gehäuse gebildeten Steg 9 mit den Planetenrädern 10 und dem Sonnenrad 11.A first three-shaft planetary gear consists of the sun gear 8 , the web 9 formed by the housing with the planet gears 10 and the sun gear 11 .
Ein zweites dreiwelliges Planetengetriebe ist im Bauverhält nis mit dem ersten identisch und besteht aus dem Sonnenrad 7, dem Steg 12 mit den Planetenrädern 13 und dem Sonnenrad 11. Im Unterschied zum ersten Planetengetriebe ist bei zwei ten Planetengetriebe der Steg 12 drehbar.A second three-shaft planetary gear is identical in construction to the first and consists of the sun gear 7 , the web 12 with the planet gears 13 and the sun gear 11 . In contrast to the first planetary gear, the web 12 is rotatable in two th planetary gear.
Für dieses Getriebe läßt sich zeigen, daß die Drehzahlglei chung gilt (ni = Drehzahl des Zahnrades oder Steges i):For this gearbox it can be shown that the speed equation applies (n i = speed of the gear wheel or web i):
n7 - n8 = µ * n12; µ = Bauverhältnisn 7 - n 8 = µ * n 12 ; µ = construction ratio
Wenn man den Steg 12 festhält (n12 = 0) drehen die Wellen 1 und 2 gleich, wenn man den Steg 12 verdreht, wird auch die Welle 1 relativ zur Welle 2 und damit auch die zweite Excen terscheibe 4 relativ zur ersten 3 verdreht. Es genügt somit ein geringes Schwenken des Steges 12 die Kurbelwelle zu ver stellen.If you hold the web 12 (n 12 = 0) rotate the shafts 1 and 2 the same, if you turn the web 12 , the shaft 1 is rotated relative to the shaft 2 and thus also the second excenter disc 4 relative to the first 3 . It is therefore sufficient to pivot the web 12 slightly to set the crankshaft.
Fig. 3 zeigt eine verstellbare Zellenkolbenmaschine. Um die Antriebswelle 20 liegt die erste Excenterscheibe 21, um diese erste Excenterscheibe 21 liegt die zweite Excenter scheibe 22. Fig. 3 shows an adjustable piston machine cells. To the drive shaft 20, the first eccentric disc is 21, about said first eccentric disc 21 is the second eccentric disc 22nd
An der Antriebswelle 20 ist eine Stange 23 fest und um diese Stange 23 liegt ein in radialer Richtung verschiebbares Ele ment 24 mit rundem Querschnitt. Um dieses Element ist die zweite Excenterscheibe 22 verschwenkbar.On the drive shaft 20 , a rod 23 is fixed and around this rod 23 is a radially displaceable element 24 with a round cross-section. The second eccentric disc 22 can be pivoted about this element.
Die Antriebswelle 20 ist hohl und weist schraubenförmige Schlitze 25 in der Rohrwandung auf.The drive shaft 20 is hollow and has helical slots 25 in the tube wall.
Um die Antriebswelle 20 liegt verdrehbar die erste Excenter scheibe 21 mit halbrunden Nuten 26 in axialer Richtung. The first eccentric disc 21 is rotatable about the drive shaft 20 with semicircular grooves 26 in the axial direction.
Im Innern der Antriebswelle 20 liegt das Steuerelement 27 mit einer halbrunden Nut 28 im Umfang.In the interior of the drive shaft 20 , the control element 27 has a semicircular groove 28 in the circumference.
Kugeln 30 sind in den schraubenförmigen Schlitzen 25 der An triebswelle 20 angeordnet und greifen in die Nuten 26 in der ersten Excenterscheibe 21 und in die Nut 28 im Steuerelement 27.Balls 30 are arranged in the helical slots 25 of the drive shaft 20 and engage in the grooves 26 in the first eccentric disc 21 and in the groove 28 in the control element 27 .
Wenn man das Steuerelement 27 in axialer Richtung ver schiebt, werden die Kugeln 30 in den schraubenförmigen Schlitzen 25 verschoben und damit die erste Excenterscheibe 21 relativ zur Antriebswelle 20 verdreht. Die zweite Excen terscheibe 22 wird durch diese Verdrehung um das verschieb bare Element 24 verdreht und in radialer Richtung zur An triebswelle bewegt.If you move the control element 27 in the axial direction ver, the balls 30 are moved in the helical slots 25 and thus the first eccentric disc 21 is rotated relative to the drive shaft 20 . The second excenter disc 22 is rotated by this rotation around the displaceable element 24 and moved in the radial direction to the drive shaft.
Im Gehäuse 31 liegen Schieber 32 die radial zur Antriebswel le hin und herbewegbar sind.In the housing 31 are slide 32 which are radially reciprocable to Antriebswel le.
Durch je zwei Schieber, das Gehäuse und die zweite Excenter scheibe wird eine Zelle 34 begrenzt. Im Ausführungsbeispiel sind drei Zellen vorhanden, die mit Hilfe von Rückschlagven tilen 35, 36 gefüllt und entleert werden.A cell 34 is delimited by two slides, the housing and the second eccentric disc. In the exemplary embodiment, there are three cells that are filled and emptied with the help of Rückschlagven valves 35, 36 .
Abb. 4 und 5 zeigen Zellenkolbenmaschinen, die sich selbsttätig in Abhängigkeit vom Förderdruck verstellen. Der artige Kolbenmaschinen sind z. B. als Schmierölpumpen von Ma schinen mit einem weiten Drehzahlbereich sinnvoll, die be reits bei Leerlaufdrehzahl eine Mindestölmenge fördern müs sen und bei denen die bei höheren Maschinendrehzahlen benö tigte Ölmenge nicht gleichförmig mit der Maschinendrehzahl steigt. Zum Beispiel kann mit einer derartigen Schmierölpumpe ein Hersteller von Motoren unterschiedlichster Größe und unter schiedlichsten Schmierölbedarfs mit einem Pumpentyp sämtli che Motoren ausstatten. Das erniedrigt durch Großserie die Herstellkosten und verbessert durch einen einzigen Pumpentyp Lagerhaltung, Logistik und Reparaturen. Fig. 4 and 5 show cell piston machines that adjust themselves depending on the delivery pressure. The like piston machines are such. B. as lubricating oil pumps from Ma machines with a wide speed range, which must already promote a minimum oil quantity at idle speed and where the oil quantity required at higher engine speeds does not increase uniformly with the machine speed. For example, with such a lubricating oil pump, a manufacturer of motors of various sizes and with a wide variety of lubricating oil requirements can equip all motors with one pump type. This lowers the production costs through large series and improves storage, logistics and repairs through a single type of pump.
Aber auch bei einfachen hydrostatischen Getrieben sind der artige Maschinen vorteilhaft einsetzbar, bei denen die An triebsmaschine ein bestimmtes Maximaldrehmoment nicht über steigen soll und/oder bei denen bei benötigtem höherem Ab triebsdrehmoment sich der Hydromotor automatisch so verstel len soll, das die Abtriebsdrehzahl sinkt und dafür das Ab triebsdrehmoment steigt.But also with simple hydrostatic transmissions like machines can be used advantageously, where the An engine does not exceed a certain maximum torque should rise and / or where higher Ab needed driving torque the hydraulic motor adjusts itself automatically len that the output speed drops and the Ab drive torque increases.
Abb. 4 zeigt das Prinzip einer Pumpe. Fig. 4 shows the principle of a pump.
Die nicht sichtbare, zentrisch zum Gehäuseinnenraum 50 an geordnete Antriebswelle weist einen excentrischen Zapfen 51 auf, um den ein zweites Excenterrad 52 verdrehbar ist.The invisible drive shaft, which is arranged centrally to the housing interior 50 , has an eccentric pin 51 , about which a second eccentric wheel 52 can be rotated.
In dem Excenterrad 52 sind im Umfang Mulden 53, 54, durch die das Fluid durch Seitenöffnungen 55 bei der einen Mulde 53 von der einen Seite des Gehäuses zuströmt und bei der ande ren Mulde 54 nach der anderen Seite abströmt.In the eccentric wheel 52 are troughs 53, 54 through which the fluid flows through side openings 55 in one trough 53 from one side of the housing and in the other trough 54 to the other side.
In der Mulde 54, die mit dem Förderdruck beaufschlagt ist, endet ein Zylinder 56 in dem ein Kolben 57 mit einer Feder 58 nach außen gedrückt wird. Der Kolben greift durch einen Schlitz 59 in der Seite des Excenterrades mit einem Dorn 61 in einen Steuernut 60 in der Antriebswelle.A cylinder 56, in which a piston 57 is pressed outwards with a spring 58 , ends in the trough 54 , which is supplied with the delivery pressure. The piston engages through a slot 59 in the side of the eccentric wheel with a mandrel 61 in a control groove 60 in the drive shaft.
Wenn nun der Kolben 57 durch einen hohen Förderdruck gegen die Feder nach innen gedrückt wird, gleitet der Dorn 61 den Steuernut entlang und verdreht das Excenterrad 52 so, daß die Gesamtexcentrität abnimmt. Ein höherer Förderdruck geht nun mit einer geringeren Fördermenge pro Umdrehung einher, so daß das Drehmoment an der Pumpe konstant gehalten werden kann.If the piston 57 is now pressed inwards against the spring by a high delivery pressure, the mandrel 61 slides along the control groove and rotates the eccentric wheel 52 so that the total eccentricity decreases. A higher delivery pressure now goes hand in hand with a lower delivery rate per revolution, so that the torque at the pump can be kept constant.
Die Schieber 62 im Gehäuse werden durch Federkraft und/oder den Fluiddruck gegen die Außenkontur des Excenterrades ge preßt.The slider 62 in the housing are pressed by spring force and / or the fluid pressure against the outer contour of the eccentric wheel.
Abb. 5 zeigt zwei Stellungen von Hydraulikmotoren nach dem gleichen Prinzip. Im Unterschied zur Pumpe ist hier bei geringem Förderdruck das Excenterrad nach innen geschwenkt. Bei einem geringen Abtriebsdrehmoment hat man eine geringe Schluckmenge pro Umdrehung. Bei gegebener Fördermenge pro Umdrehung einer Pumpe hat man so eine vergleichsweise hohe Drehzahl des Hydraulikmotors. Fig. 5 shows two positions of hydraulic motors based on the same principle. In contrast to the pump, the eccentric wheel is pivoted inwards at a low delivery pressure. With a low output torque, there is a small amount of swallowing per revolution. Given the delivery rate per revolution of a pump, the hydraulic motor has a comparatively high speed.
Steigt nun das Abtriebsdrehmoment, so steigt auch der Druck und das Excenterrad wird über den Kolben mit dem Dorn und den Steuernut nach außen geschwenkt. Es nimmt somit sowohl der Druck, wie auch die Schluckmenge pro Umdrehung des Hy dromotors zu, so daß dessen Drehzahl sinkt und das Drehmoment kräftig ansteigt.If the output torque now rises, so does the pressure and the eccentric wheel is over the piston with the mandrel and the control groove pivoted outwards. It therefore takes both the pressure, as well as the amount of swallowing per revolution of the Hy dromotors too, so that its speed drops and the torque rises sharply.
Ein derartiges einfaches, sich selbst einstellendes Getriebe kann bei gegebener Antriebsdrehzahl und gegebenem Antriebs drehmoment vom Verhältnis 1 : 1 bis zum Verhältnis 1 : 20 und mehr sich selbsttätig auf das benötigte Abtriebsdrehmoment einstellen.Such a simple, self-adjusting gear can at a given drive speed and given drive torque from the ratio 1: 1 to the ratio 1:20 and more automatically to the required output torque to adjust.
Claims (7)
- 1. die An- oder Abtriebswelle (1, 20) der Kolbenmaschine mit einem ersten (3, 21, 51) und mit einem zweiten Excenterrad (4, 22, 52) umgeben sind, die mit der An- oder Abtriebswelle um laufen und der Abstand der Achse des ersten Excenterrades von der Achse der An- oder Abtriebswelle gleich e1 ist und der Abstand der Achse des zweiten Excenterrades von der Ach se des ersten Excenterrades gleich e2 ist und
- 2. das erste oder zweite Excenterrad relativ zur An- oder Ab
triebswelle entweder
- a) durch Axialverschieben oder Verdrehen eines mit der An- oder Abtriebswelle umlaufenden, sich aber über ein Getriebe am Gehäuse abstützenden Elements (8, 27) verdreht werden kann oder
- b) durch ein in Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagung ge gen eine Federkraft selbständig bewegtes und mit der An- oder Abtriebswelle umlaufendes Steuerelement (57) verdreht wird und
- 3. der Verstellbereich Kolbenmaschine so groß ist, daß gilt: maximales Fördervolumen p. U/minimales Fördervolumen p. U. < 2.
- 1. the input or output shaft ( 1, 20 ) of the piston machine with a first ( 3, 21, 51 ) and with a second eccentric wheel ( 4, 22, 52 ) are surrounded, which run around with the input or output shaft and the Distance of the axis of the first eccentric wheel from the axis of the input or output shaft is e 1 and the distance of the axis of the second eccentric wheel from the axis of the first eccentric wheel is e 2 and
- 2. either the first or second eccentric wheel relative to the drive shaft or from
- a) can be rotated by axially displacing or rotating an element ( 8, 27 ) rotating with the input or output shaft, but which is supported by a gear on the housing, or
- b) is rotated by a control element ( 57 ) which is moved independently and rotates with the input or output shaft as a function of the pressurization against a spring force, and
- 3. the adjustment range of the piston machine is so large that the following applies: maximum delivery volume p. U / minimum delivery volume p. U. <2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4004142A DE4004142A1 (en) | 1990-02-10 | 1990-02-10 | IC-piston engine - has adjustable displaced volume with drive shaft encompassed by eccentric wheels rotatable in relation to drive shaft |
Applications Claiming Priority (1)
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DE4004142A DE4004142A1 (en) | 1990-02-10 | 1990-02-10 | IC-piston engine - has adjustable displaced volume with drive shaft encompassed by eccentric wheels rotatable in relation to drive shaft |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4004142A1 true DE4004142A1 (en) | 1991-08-14 |
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ID=6399902
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4004142A Withdrawn DE4004142A1 (en) | 1990-02-10 | 1990-02-10 | IC-piston engine - has adjustable displaced volume with drive shaft encompassed by eccentric wheels rotatable in relation to drive shaft |
Country Status (1)
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DE (1) | DE4004142A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1111234A2 (en) * | 1999-12-20 | 2001-06-27 | Hydraulik-Ring GmbH | Fuel pump |
-
1990
- 1990-02-10 DE DE4004142A patent/DE4004142A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1111234A2 (en) * | 1999-12-20 | 2001-06-27 | Hydraulik-Ring GmbH | Fuel pump |
EP1111234A3 (en) * | 1999-12-20 | 2002-12-18 | Hydraulik-Ring GmbH | Fuel pump |
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Legal Events
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |