Kolbenmaschine mit mehreren zur 11Zaschinenwelle parallelen Zylindern. Die Erfindung, deren Erfinder Wiehert Hulsebos, Laren (Holland) ist, bezieht sieh auf eine Kolbenmaschine mit mehreren zur Maschinenwelle parallelen Zylindern, deren Kolben mit einer auf der Maschinenwelle schräg angeordneten Seheibe mittels. Gleit- schuhen in kraftschlüssiger Verbindung ste hen, welche Gleitschuhe -im Betrieb auf Walzkörpern abrollen.
Die .schräge .Scheibe kann auf der Maschinenwelle festsitzen oder auf einer schrägen Kurbel der Maschinen- welle drehbar sein und als Taum@elscheibe arbeiten.
Derartige Kolbenmaschinen sind bekannt. Ihre praktische Ausbildung stiess bisher auf -eigentümliche Schwierigkeiten, wodurch wohl zu erklären isst, @dass sie sich in dex Praxis noch nicht durchgesetzt haben.
Die Zeichnung betrifft einige Ausfüh- rungsbeispiele der Erfindung. In der Zeich nung zeigt: Fing. 1 einen Längsschnitt einer Maschine mit einer Taumelsoheibe, Fg. 2.
schemai@sch aufeinandex abrollende Teile einer andern Maschine, F'ig. <B>3</B>, 4, 5 und 6 axiale .Schnitte der aufeinander abrollenden Teile anderer Ma schinen, Fig. 5a einneu Schnitt gemäss der Linie V-V in Fig. 5, in kleinerem Massstab, Fig. 7,
8 und 10 ähnliche Querschnitte anderer Ausführungen. der aufeinander ab rollenden Teile, Fig. 9 eine Draufsicht auf eine Schleif- maschine zur Herstellung !der Walzkörper gemäss- Fig. B.
In Fig. 1 ist die Taumelscheibe 1 mittels Lagern 2; ,drehbar auf der schrägen Kurbel 8 der Maschinenwelle 4 angeordnet. Der Winkel zwischen der Kurbel und der Axe a-a der Maschinenwelle beträgt in der Pra xis 17i/2 bis; 2,0 .
Mittels eines Kegedzahnradkranzm 5 an der Taumelscheibe 1 und eines mit ihm zu- sammenarbeitenden gegelzahnxadkranzes 6 am Gestell 7 wird,das Mitdrehen der Taumel scheibe 1 verhindert. Mehrere Zylinder 8, von denen nur einer dargestellt ist, mit Zylinderbohrungen 9 sind parallel zur Welle 4 vorgesehen.
Die Kolben 10 sind ausserhalb der Zylinderbohrung 9 in einer Führung 18 geführt.
Jeder Kolben 10 besitzt zwei ,Scheiben 13 und 14 mit ebenen Gleitflächen 11 und 12" die senkreclht zur Kurbelwellenachse a-a stehen. Die Scheibe 13 sitzt unmittelbar am Körper 15 des Kolbens 10, während die Scheibe 14 an einem Deckel 16 sitzt, der in den Körper 1-5 des: Kolbens. 10 eingeschraubt ist.
Die Taumelschesbe 1 hat, was die Zeich nung nicht zeigt, Arme la. Am Ende jedes Armes sind einander gegenüberliegende Ro tationskegel 19 und,210 mit,der Achse parallel zur schrägen Kurbel 3 eingesetzt.
Die Nei- gung,der Erzeugenden dieser Kegel zu ihrer Grundfläche ist ,gleich der Neigung,der Kur bel 3 zur Axe a-a der Maschinenwelle 4.
In den Kegeln 19 und 210 sind in der Mitte Zentrierorgane 2'l, 2,2 in der Richtung der Kegelachse verschiebbar und werden von einer Feder 23 mit einem halbkugeligen Kopf in entsprechende Pfannen der Gleit sühuhe 24 und 925 gedrückt. Diese sind mit ebenen Flächen:
auf den ebenen Flächen an ,den Scheiben 13 und 14 verschiebbar und weisen ebene Wälzflä=chen 26 und 22 auf, auf denen im Betrieb die Kegelräder 19 und 20 abrollen.
Nach Fig. 2 rollen die Kegel 19, und 20 auf Kegelflächen an den Gleitstücken ab (siehe Fig. 2). Die Summe der Neigungs- winkel u1 und ce, der zusammenarbeitenden Kegelflächen ist gleich dem Neigungswinkel cc !der Kurbel zur Wellenachse a--a.
Es stellte sich nun heraus, dass- namentlich .die Scheibe 13. und die Gleitschuhe 24 sich an ihren Berührungsflächen auf einer ,Seite stark abnutzten;, so daZdiese Flächen nicht eben blieben.
Die Abnutzung wunde hauptsächlich in ,der Ringzone z festgestellt.
In der Fig. 2 ist graphisch auf der Linie 0'-P', die parallel zur Linie 0-P ge zogen ist, angedeutet, wie,die Belastung zwn- scher den Berührungsflächen ,des Kegels 19 und des Gleitschuhes sich auf die Berüh- rungslinie verteilt.
Nach der ;Stnbeck'schen Formel ist die zulässige Belastung einer Rolle, die auf einer ebenen Fläche abrollt:<I>P = k . D .</I> l (wo<I>D</I> der Rollendurchmesser, l ,die Rollenlänge und k eine Konstante ist, .die vom Material der Rolle und der Stützfläche und auch von der Form der ;
Stützfläche abhängig ist). Dabei wird davon ausgegangen, dass die Rolle an der Berührungsstelle etwas eingedrückt wird, und zwar um so mehr, je kleiner der Rollen durchmesser ist.
Der Erfinder betrachtet nun den auf der Fläche 216a (Fig. 2) aufruhenden Kegel als einen .Satz nebeneinander liegender dünner Rollen von der Länge <I>dl.</I> Der Durchmesser dieser dünnen Rollen nimmt gegen den Punkt P zu. Zwei Krümmungsmittelpunkte M,. und M. sind beispielsweise angegeben.
Jede dünne Rolle kann dann gemäss der Stribeck'schen Formel tragen:<I>P = k .</I> D <I>. dl</I> (worin<I>D</I> von l abhängig ist; also<I>D = f</I> (d).
Der Kegel kann dann insgesamt tragen:
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dies ist,dae in Flg. 2 sahraffierte Fläche. Es wird nun klar, weshalb die Zone z eine so starke Abnutzung zeigte. Wenn der Kegel zu gross .gewählt. wird, trägt nur der Teil in der Nähe des Punktes P, wo der Krüm- mungsdurchmesser D am grössten ist.
Der Kegel wird also dort am meisten belastet, wo die Tragfläche gut beschaffen ist. Infolge dessen ist die resultierende Kraft zwischen dem Kegel<B>19</B> und der Fläche 26 weit ent- fernt von .der Mittellinie b-b des Gleit schuhes 2'4 und @dieser nutzt sich also am Umfang (Zone z) ab.
Isst aber,der Kegel 1;9 so gross, dass,die zu lässige Belastung desi Kegels, d. h.
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mindestens, gleich der und höchstens fünfmal so :
gross wie die maximal aufzunehmende Kraft K,. ist, so überträgt der Kegel die Be- lastung, eben weil er viel kleiner ist, als man bisher für notwendig hielt, mehr in der Nähe der Spitze, und :der Gleitschuh 24 wird weni ger exzentrisch belastet.
Zur weiteren Verbesserung ist,der Gleit schuh im Durchmesser grösser als der Kegel (Fig. 1 und 2), so,dass: ,der Fläohendruck bei 24.a verkleinert wird.
Es ist vorteilhaft, dass man den Teil des Kegels ganz nahe der Spitze nicht derart ausführt, dass, er eine axiale Belastung auf nehmen kann, weil sonst der Kegel unzweck mässig klein sein müsste.
Inder Fi,g. 1 sind die Kegel und die an dern Teile der Maschine nach einer prakti schen; Ausführung .gezeichnet, die sich gut bewährt hat, so dass man eine Vorstellung des praktischen Ergebnisses bekommt.
Fig. .3 zeigt :ein Organ 30 an einem Kol ben, das mit einer ebenen Walzfläche auf einen mit einer Kegelfläche 31a versehenen Gleitschuh ,31 drückt, welcher die Kräfte auf eine auf der nichtgezeichneten Maschinen welle schräg aufgekeilte Scheibe 3:2 über trägt.
Die Konstruktion nach der Fig. 4 unter- scheidet sich von der soeben beschriebenen nur darin, dass- die Walzfläche :des Organes 30 eine Kegelflüche, ist und dass die Kegel fläche 35 .des Gleitschuhes einen entspre chend .grösseren @Offnungswinkel aufweist.
Nach Fi,g. 5 und 5a sind :die Wälzflächen der Gleitschuhe 31, 311a zwecks Entlastung der Zentrierorgane :
eben und die Gleitschuhe 31a und 31 .greifen mit einem Ansatz 81b bezw. <B>ZU</B> zwischen Vorsprünge 39 des Kol benteils 38 und sind so am Drehen verhin dert, das durch die Zunahme der Drehge schwindigkeit der schrägen Scheibe von in nen nach aussen bewirkt würde.
Nach Fig. 6 besitzen die Gleitschuhe einen Rand 37, auf den sich die Kegel mit, einer Gleitfläche ;abstützen, so dass das Zen trierorgan entlastet wird.
Nach Fig. 7 ist zwischen einer Kegel scheibe 40 an einem Gleitschuh und einem Kegel 41 am Kolben ein Rollkörper 42 an- geordnet, der zwei mit Jeu Basisflächen ein- an-der zugekehrte Kegelflächen 43 und 44 aufweist.
Die .Summe der Neigungswinkel sämtlicher Kegelflächen entspricht dem Nei- gungswinkel der in nicht gezeichneter Weise auf der Welle fest .angeordneten schrägen Scheibe 45.
Weil die Neigungswinkel der Kegel nun sehr klein sind, sind die Krüm.- mungsmadiender Kegelfläche (also auch die Durchmesser der dünnen Rollen, woraus. man sich den Kegel zusammengestellt denkt) und damit ihre Tragfähigkeit .sehr gross.
Diese Ausführungsform ist für schwere Motoren mit hohen Kolbendrücken. vorteilhaft.
Die Rollkörper sind mittels Zentrierorga- nen 46 und 47 ähnlich den Zentrierorganen 20 und 211 in Fig. 1 sowohl im Kegel 41, als auch in der Kegelscheibe 40 zentriert. Statt der schrägen Scheibe 45 könnte auch eine Taumelscheibe angeordnet ;sein.
Bei der Konstruktion nach Fig. 8 ist die Kegelfläche des Wälzkörpers, 48 durch eine Um:drehungsfläehie ersetzt, so :dass -der Wälz körper am Gleitschuh nur in :einem Punkte P aufliegt, d er etwa in der Mitte zwischen dem Rand und der Mitte des Gleitschuhes liegt.
Damit wird verhindert, dass :der Wälzkörper am Umfang zu viel trägt und dass dort die Flächendrücke sehr .hoch werden, so :dass das Material, wie das in der Praxis festgestellt wurde, am Kegelumfang ermüdet. Es gibt auf den Kegeln :eine Stelle B, wo der Krüm- mungsradius so gross;
ist, :da3 diese Stelle :ge mässe der StribeWschen Formel die Belastung tragen kann.. Es ist erwünscht, @d-ass@ der Wälzkörper immer nur an dieser Stelle P in Fig. 8 trägt. Der Krümmungsradius des Wälzkörpers, 48 in der Ebene senkrecht zur Zeichenebene,
die also die Kolbenachse p-p schneidet, se: r.
Der Krümmungsmittelpunkt M oder Meri- diankurve der Umdrehungskörper im Punkt R liegt nahe bei der Achse p-p !des Um- drehungskörpers. Würde er .dort sein, so wäre .die Fläche 48 .in :
der Zone B ein Kugel- segment. Dann könnte man die iStribeek'sche Formel für eine Kugel auf einer Ebene an wenden<I>P = k .</I> (2r)2, wo,<I>r</I> der Krümmungs- radius ist. In einem praktischen Falle betrage zum Beispiel die Axialbelastung K' =<B>2130</B> kg.
Man wählt nun 2r = 12. cm, so dass die zu lässige Belastung P - k. (2r)2 bei einem k = 40 .gleich 57:60 kg wird. Der Sicherheits- koeffizient beträgt dann etwa 2,5. Je kleiner die Fläche 48 'isst, umso weniger exzentrisch wird oder Gleitschuh belastet.
Der Walzkörper 48 kann sich auch etwas einstel len, ohne dass der Abstand :der Druckkraft sieh stark ändext.
Fig. 9 zeigt, dass der Wälzkörper 48 ge schliffen wird, indem eine Schleifscheibe 49 gemäss, einem Bogen, bg um den Punkt M (F'ig. 8) bewegt wird, wobei der Wälzkörper 48 sich. um die Achse s-s dreht.
In Fig. 10 sind die Wälzkörper Ringe 50, die sich in ringförmigen, Pfannen 51 bezw. 52 der Gleitschuhe 53 und der Taumelscheibe 54 abwälzen. Die Gleitflächen am Kolben sind mit 5,5 bezeichnet.
Ein Ring, der in einer Rinne liegt, hat eine sehr grosse Trag fähigkeit, d. h. da s# k ist sehr grosse. Überdies wird hier eine vorzügliche Schmierung erhal ten. Das,Öl wird durch die Ringe immer in den Rinnen fortgetrieben und zirkuliert in letzteren. Die Ringe ruhen auf einem Öl film, .der besonders gute Eigenschaften auf weist,
weil die Dicke des Ölfilmes sich in einem keilförmigen Raum zwischen den Rin gen und den Rinnen verkleinert. Die Ringe stehen schräg in :den Rinnen.
Diese Kons.trulrhon kann ohne jegliches Geräusch arbeiten.
Piston machine with several cylinders parallel to the machine shaft. The invention, the inventor of which is Wiehert Hulsebos, Laren (Holland), relates to a piston machine with several cylinders parallel to the machine shaft, the pistons of which are connected to a saw disk which is arranged obliquely on the machine shaft. Sliding shoes are in a non-positive connection, which sliding shoes roll on roller bodies during operation.
The inclined disk can be stuck on the machine shaft or rotatable on an inclined crank on the machine shaft and work as a swash plate.
Such piston machines are known. Their practical training has so far encountered peculiar difficulties, which probably explains eating @that they have not yet established themselves in dex practice.
The drawing relates to a few exemplary embodiments of the invention. The drawing shows: Fing. 1 shows a longitudinal section of a machine with a wobble plate, FIG. 2.
schemai @ sch unrolling parts of another machine, Fig. <B> 3 </B>, 4, 5 and 6 axial sections of the parts of other machines rolling on top of each other, Fig. 5a a new section according to the line V-V in Fig. 5, on a smaller scale, Fig. 7,
8 and 10 similar cross-sections of other designs. of the parts rolling off one another, FIG. 9 shows a plan view of a grinding machine for producing the rolling elements according to FIG. B.
In Fig. 1, the swash plate 1 is by means of bearings 2; , rotatably arranged on the inclined crank 8 of the machine shaft 4. The angle between the crank and the axis a-a of the machine shaft is in practice 17i / 2 to; 2.0.
By means of a keged gear rim 5 on the swash plate 1 and a cooperating with it gel-toothed wheel rim 6 on the frame 7, the swash plate 1 is prevented from rotating. Several cylinders 8, only one of which is shown, with cylinder bores 9 are provided parallel to the shaft 4.
The pistons 10 are guided in a guide 18 outside the cylinder bore 9.
Each piston 10 has two disks 13 and 14 with flat sliding surfaces 11 and 12 "which are perpendicular to the crankshaft axis aa. The disk 13 sits directly on the body 15 of the piston 10, while the disk 14 sits on a cover 16 which is inserted into the body 1-5 of the: piston 10 is screwed in.
The wobble plate 1 has, which the drawing does not show, arms la. At the end of each arm opposite Ro tationskegel 19 and, 210 with, the axis parallel to the inclined crank 3 are used.
The inclination of the generatrix of these cones to their base is equal to the inclination of the crank 3 to the axis a-a of the machine shaft 4.
In the cones 19 and 210 centering members 2'l, 2, 2 are displaceable in the direction of the cone axis and are pressed by a spring 23 with a hemispherical head into corresponding sockets of the sliding suhuhe 24 and 925. These are with flat surfaces:
on the flat surfaces, the disks 13 and 14 and have flat rolling surfaces 26 and 22 on which the bevel gears 19 and 20 roll during operation.
According to FIG. 2, the cones 19 and 20 roll on conical surfaces on the sliders (see FIG. 2). The sum of the angles of inclination u1 and ce of the cooperating conical surfaces is equal to the angle of inclination cc! Of the crank to the shaft axis a - a.
It now turned out that, in particular, the disk 13 and the sliding shoes 24 were severely worn on their contact surfaces on one side, so that these surfaces did not remain level.
The wear was found mainly in the ring zone z.
In Fig. 2 is graphically on the line 0'-P ', which is drawn parallel to the line 0-P, indicated how the load between the contact surfaces, the cone 19 and the sliding shoe on the contact distribution line.
According to Stnbeck's formula, the permissible load on a roller that rolls on a flat surface is: <I> P = k. D. </I> l (where <I> D </I> is the roller diameter, l, the roller length and k is a constant, depending on the material of the roller and the support surface and also on the shape of the;
Support surface is dependent). It is assumed that the roller is pressed in slightly at the point of contact, the more the smaller the roller diameter is.
The inventor now considers the cone resting on the surface 216a (FIG. 2) as a set of thin rolls lying next to one another of the length <I> dl. </I> The diameter of these thin rolls increases towards the point P. Two centers of curvature M ,. and M. are given for example.
Each thin roll can then wear according to Stribeck's formula: <I> P = k. </I> D <I>. dl </I> (where <I> D </I> depends on l; thus <I> D = f </I> (d).
The cone can then carry:
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this is because in Flg. 2 safflowed area. It is now clear why the zone z showed such severe wear. If the cone is too big. only carries the part near the point P where the curvature diameter D is greatest.
The cone is therefore most loaded where the wing is well designed. As a result, the resulting force between the cone <B> 19 </B> and the surface 26 is far removed from the center line b-b of the sliding shoe 2'4 and this therefore wears out on the circumference (zone z).
If, however, the cone 1; 9 eats so large that the permissible load of the cone, i. H.
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at least, equal to and at most five times like this:
as large as the maximum force K, to be absorbed. is, the cone transfers the load, precisely because it is much smaller than was previously thought necessary, more near the tip, and: the sliding shoe 24 is less eccentrically loaded.
For further improvement, the sliding shoe is larger in diameter than the cone (Fig. 1 and 2), so that:, the surface pressure at 24.a is reduced.
It is advantageous that the part of the cone very close to the tip is not designed in such a way that it can take an axial load, because otherwise the cone would have to be inexpediently small.
Indian Fi, g. 1 are the cones and the other parts of the machine according to a practical rule; Execution drawn, which has proven itself well, so that you can get an idea of the practical result.
Fig. 3 shows: an organ 30 on a Kol ben, which presses with a flat roller surface on a sliding shoe provided with a conical surface 31a, 31 which carries the forces on a disc 3: 2 wedged obliquely on the machine shaft, not shown.
The construction according to FIG. 4 differs from the one just described only in that the rolling surface of the element 30 is a conical surface and that the conical surface 35 of the sliding shoe has a correspondingly larger opening angle.
According to Fi, g. 5 and 5a are: the rolling surfaces of the sliding blocks 31, 311a for the purpose of relieving the centering elements:
even and the sliding shoes 31a and 31 .grip with an approach 81b respectively. <B> CLOSE </B> between projections 39 of the piston part 38 and are thus prevented from turning, which would be caused by the increase in the speed of rotation of the inclined disk from the inside to the outside.
According to Fig. 6, the sliding shoes have an edge 37 on which the cones are supported with a sliding surface, so that the Zen trierorgan is relieved.
According to FIG. 7, a roller body 42 is arranged between a conical disk 40 on a sliding shoe and a cone 41 on the piston, which roller body has two conical surfaces 43 and 44 facing one another with Jeu base surfaces.
The sum of the angles of inclination of all the conical surfaces corresponds to the angle of inclination of the inclined disk 45 which is fixedly arranged on the shaft in a manner not shown.
Because the angles of inclination of the cones are now very small, the curvature of the conical surface (including the diameter of the thin rollers, from which the cone is thought to be composed) and thus their load-bearing capacity are very large.
This embodiment is for heavy engines with high piston pressures. advantageous.
The rolling bodies are centered both in the cone 41 and in the conical disk 40 by means of centering elements 46 and 47, similar to the centering elements 20 and 211 in FIG. Instead of the inclined plate 45, a swash plate could also be arranged.
In the construction according to Fig. 8, the conical surface of the rolling element 48 is replaced by a Um: Drehungsfläehie so: that -the rolling body rests on the sliding shoe only in: a point P, d he is approximately in the middle between the edge and the center of the sliding shoe lies.
This prevents that: the rolling element carries too much on the circumference and that the surface pressures there become very high, so: that the material, as has been found in practice, fatigues on the circumference of the cone. There is on the cone: a point B where the radius of curvature is so large;
is: that this point: can bear the load according to StribeW's formula. It is desirable that @ d-ass @ the rolling element only ever bears at this point P in FIG. The radius of curvature of the rolling element, 48 in the plane perpendicular to the plane of the drawing,
which intersects the piston axis p-p, se: r.
The center of curvature M or meridian curve of the body of revolution at point R is close to the axis p-p! Of the body of revolution. If he were to be there, the area would be 48 in:
zone B is a spherical segment. Then one could apply iStribeek's formula for a sphere on a plane <I> P = k. </I> (2r) 2, where <I> r </I> is the radius of curvature. In a practical case, for example, the axial load K '= <B> 2130 </B> kg.
One now chooses 2r = 12. cm, so that the permissible load P - k. (2r) 2 with a k = 40. Equals 57:60 kg. The safety coefficient is then around 2.5. The smaller the surface 48 'eats, the less eccentric or the sliding shoe is loaded.
The roller body 48 can also adjust itself somewhat without the spacing: the pressure force changing significantly.
9 shows that the rolling element 48 is ground by moving a grinding wheel 49 according to, an arc, bg around the point M (FIG. 8), the rolling element 48 turning. rotates around the axis s-s.
In Fig. 10, the rolling elements are rings 50, which are in annular, pans 51 respectively. 52 of sliding shoes 53 and swash plate 54 roll off. The sliding surfaces on the piston are marked 5.5.
A ring that lies in a channel has a very high load-bearing capacity, i.e. H. da s # k is very big. In addition, excellent lubrication is obtained here. The oil is always driven away through the rings in the grooves and circulates in the latter. The rings rest on an oil film, which has particularly good properties,
because the thickness of the oil film is reduced in a wedge-shaped space between the rings and the grooves. The rings stand diagonally in: the gutters.
This Kons.trulrhon can work without any noise.