Kolbenmaschine mit einem zwischen Daumenscheiben geführten Pendelkolben. Es sind bereits Kolbenmaschinen mit einem beiderseits schräg abgeschnittenen Pendelkolben bekannt, der zwischen zwei, in gemeinsamem Zylinder umlaufenden, starr miteinander verbundenen Daumenscheiben in axialer Richtung hin- und hergeschoben wird und hierdurch in zwei voneinander getrenn ten Räumen. dieses Zylinders Pumpvorgänge hervorruft, für welche die zugehörige Ven tilteuerung unmittelbar durch die genannten Daumenscheiben erfolgen kann. Derartige Kolbenmaschinen können - wie jede Kol benmaschine - sowohl als Pumpe wie auch als hydraulischer oder Druckluft- bzw. sogar als Verbrennungsmotor betrieben werden.
Der Pendelkolben selbst ist hierbei meist lose auf der gemeinsamen Welle der beiden Dau menscheiben gelagert und wird seinerseits an einer Drehung durch eine Schlitzführung gehindert, die parallel zur Zylinderachse ver läuft. Sie zeichnen sich in allen diesen Fällen gegenüber normalen Kolbenmaschinen durch einen besonders einfachen und raumsparenden Aufbau und durch besonders geringe Störan fälligkeit aus.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine der genannten Art, durch welche ein merklich ruhiger Lauf und eine wesentlich verringerte Abnutzung, d. h. eine erhebliche Verlängerung ihrer Lebensdauer erzielt wird.
Während man nämlich bisher bei Pum pen dieser Art die beiden Stirnflächen den Pendelkolben und die hiermit in Eingriff stehenden Stirnflächen der beiden Daumen scheiben einfach schräg - beispielsweise unter 45 - abzuschneiden bzw. abzuschlei fen pflegte, werden diese aneinander abglei tenden Flächen naeh der Erfindung je aus Schraubenflächen zusammengesetzt, welche beispielsweise mit gleicher Ganghöhe von gleichen Ausgangsradius aus über je 180 verlaufen und sich dort in einer abgerun deten radialen Kante treffen können.
Auf diesem Wege, erreicht man, dass die anein ander abgleitenden Flächen während des Abgleitvorganges jeweils flächenhaft und nicht nur mit wechselnden Kanten aufein ander liegen, so dass der Abtrieb entepre- chend vermindert und jegliches Schab geräusch selbst dann unterbunden wird, wenn der Schmierfilm nicht immer zu dessen Beseitigung ausreichen sollte.
Vor allem, aber lässt sich eine golbenmaschinedieser Art für sehr viel höhere Drucke zuverlässig bauen, da die Schraubenflächen als schiefe Ebenen gleicher Neigung flächig aufeinander abglei ten.
Die Stosswirkung beim Übergang von der einen Schraubenfläche auf die andere kann hierbei dadurch vermindert werden, dass man .die Ausgangsradien der Schrauben flächen bei den beiden Daumenscheiben oder den beiden Stirnseiten,des Pendelkolbens um einen kleinen Winkel, etwa 5 bis 10 , gegen einander versetzt.
Der Pendelkolben liegt dann jeweils an der einen Seite bereits auf einer neuen Führungsfläche auf, wenn an der andern Seite den Übergang von einer Schraubenfläche auf die andere Schrauben fläche bewerkstelligen muss.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine, die dadurch gekennzeich net ist, dass der Kolben, der im Zylinder gehäuse hin und her verschoben wird, um einen bestimmten Winkel um seine Achse, z. B. zwischen Anschlägen oder Steuer schlitzen, am Kolben bzw. am Zylinder dreh bar ist, während die Daumenscheiben derart mit der den Daumenscheiben und dem Kol ben gemeinsamen Welle verbunden sind, dass sie stets deren Drehung mitmachen. Der Kolben kann mit einem oder mehreren Zap fen oder Steuerschlitzen versehen sein, die in im Zylindergehäuse angeordneten Steuer schlitzen bzw. Steuerzapfen zusammen wirken.
Zwecks Drehung und Einstellung des Kolbens, können im Zylindergehäuse zwei um etwa 180 im Verhältnis zueinander ver setzte Steuerschlitze oder Steuernuten ange ordnet werden, die durch einen Übergangs kanal miteinander verbunden werden kön nen, wobei eich die Anschlagflächen zweck mässig schräg zu den Steuerschlitzen erstrek- ken können. Wenn in die Steuerschlitze hin eingehende Steuerstifte vorgesehen sind, kön nen diese zweckmässig mit einer von aussen beeinflussbaren Einstellvorrichtung verbun den sein, die eine Drehung des Kolbens um einen bestimmten Winkel um seine Achse ermöglicht.
Durch diese Massnahmen erhält man die Möglichkeit, die Kolbenmaschine sowohl als Pumpe als auch Motor zu ver wenden.
Statt jedoch nur zwei, um 180 gegen einander versetzte Arbeitslagen des Pendel kolbens vorzusehen, von denen je nach der Drehrichtung selbsttätig die vorbestimmte Arbeitslage ausgewählt wird, kann man natürlich auch die Anordnung so treffen, dass die Winkellage des Pendelkolbens zu den festliegenden Ventilen nach Belieben einstellbar ist. Zu diesem Zwecke braucht man z. B. lediglich den in den Führungs- schlitz des Pendelkolbens eingreifenden Führungsstift mit einer Stellvorrichtung auszurüsten, welche seine Drehung um die Zylinderachse ermöglicht.
Durch entspre chende Einregelung der Stellung dieses Führungsstiftes kann man dann jede belie bige Phasenlage zwischen der Kolbenbewe gung und der Ventilsteuerung herbeiführen und infolgedessen bei konstanter Drehrich tung der Daumenscheiben der beispielsweise als Pumpe betriebenen Kolbenmaschine von der maximalen Förderung in der einen För derrichtung bis auf die Förderung Null herabregeln und dann weiterhin die För derung in der entgegengesetzten Förderrich- tung bis zum Maximalwert hinaufregeln.
Ebenso lässt sich beim Betrieb einer solchen Kolbenmaschine beispielsweise als hydrau lischer Motor das Schluckvermögen dieses hydraulischen Motores vom Maximalwert stetig bis auf Null herabregeln und dann weiter zu negativen Werten führen, bei de nen der Motor also nicht mehr Leistung ab gibt, sondern als Pumpe wirkt und Leistung aufnimmt, d. h. bremst.
Man kann z. B. mehrere Zylinder in einem Zylinderblock vereinigen, welcher drehbar angeordnet ist. Hierbei kann die Verstellung der Kolben mittels einer axial verschiebbaren, mit dem Zylinderblock um laufenden Hübe geschehen, mit welcher die Verstellorgane von an den Zylindern vorge sehenen Steuerstiften durch Vermittlung schräger Schlitzsteuerungen oder dergleichen, gekuppelt sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnungen nä her erläutert. Von .diesen zeigt: Fig. 1 den schematischen Schnitt durch eine Kolben maschine, Fig. 2 die Abwicklung der Man telflächen von Kolben und Daumenscheiben, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht .deä von Pendelkolben und Daumenscheiben gebil deten Systems, Fig. 4 die perspektivische Damstellung einer Kolbenmaschine,
Fig. 5 und 6 die Abwicklung der Oberflächen von Kolben und Daumenscheiben in verschiede nen Phasenlagen zueinander und zu den Zylinderschlitzventilen, Fig. 7 den Quer- sahnitt durch eine Kolbenmaschine mit Ver stellvorrichtung, Fig. 8 den Längsschnitt durch ein Flüssigkeitsgetriebe, Fig. 9 eine Einzelheit der Regelvorrichtung, Fig. 10 die Rückansicht der in Fig. 8 dargestellten Kupplung. Weiter zeigt Fig. 11 eine per spektivische Darstellung einer Kolbenma schine mit beiderseits von aussen her gegen die Daumenscheiben federnd angedrückten Dichtungsflächen.
Fig. 12 zeigt einen Schnitt durch eine Kolbenmaschine, bei welcher sich die Daumenscheiben von innen her mit ihren konischen Dichtungsflächen gegen die konischen Dichtungsflächen des Gehäuses pressen, Fig. 13 die Gestalt von Daumenscheiben, deren zugehörige Ven tilschlitze in die konischen Dichtungsflächen verlegt sind.
Wie man aus Fig. 1 erkennt, ist in der Achse ds Zylinders 1 eine Welle 2 auge ordnet, auf der die beiden Daumenscheiben 3 und 4 starr befestigt sind. Zwischen die sen beiden, den Querschnitt des Zylinders 1 voll ausfüllenden und den Zylinder hier durch nach rechts undlinks abdichtenden Daumenscheiben liegt der Pendelkolben 5, welcher auf der Welle 2 gleitend gelagert ist und sich infolgedessen in Richtung des Pfeils P zwischen den beiden Daumen scheiben 3, 4 hin- und herschieben lässt, hiebei jedoch lurch einen Führungsstift 6 an einer Drehbewegung gehindert wird. Als Ein- und Auslass dienen die Zylinder schlitze 7 und 7' bzw. 8 und 8', welche von den Daumenscheiben 3 und 4 bei ihrem Um lauf gesteuert werden.
Beim Umlauf der Welle 2 gleiten die schrägen Flächen der Daumenscheiben 3 und 4 an den entsprechend abgeschrägten Stirnflächen des Pendelkolbens 5 entlang und schieben diesen abwechselnd nach reehts und links; hierbei werden die Zylinder räume Z, und Z2 erweitert und verengt.
Um bei diesem Vorgang in oben beschrie benen Sinne ein gleichmässiges Abgleiten der miteinander in Eingriff stehenden Gleit flächen zu erzielen, ist den betreffenden Flächen der Daumenscheiben 3, 4 und des Kolbens 5 eine Gestalt gegeben, deren Na tur man aus der in Fig. 2 dargestellten Ab wicklung ihrer Mantelflächen erkennt. Wie man ersieht, setzt sich jede dieser Stirn flächen aus zwei Schraubenflächen S1 und 82 zusammen, die mit gleicher Ganghöhe von einem gemeinsamen Ausgangsradius R1 aus über je 180 verlaufen und sich in einer abgerundeten radialen Kante R2 treffen.
Da die Abwicklung die Schraubenflächen als schiefe Ebenen e rscbeinen lässt, erkennt man ohne weiteres, dass diese schiefen Ebenen flächig aufeinander abgleiten, sich also jeweils in breiten Gleitflächen und nicht nur - wie bei den bekannten Kolben maschinen dieser Art - in abgerundeten Kanten berühren. Die praktische Ausfüh rung des sich s o ergebenden Systems erkennt man aus Fig. 3.
Wenn man in oben erwähntem Sinne einen besonders gleichmässigen Übergang von der einen Bewegungsrichtung erzielen will, so braucht man lediglich nach der Art des untern Teils von Fig. 2 beim Pendel kolben die Radien R, und Bz um einen klei nen Winkelbetrag gegeneinander zu vor setzen.
Es wird dann jeweils die eine Stirn- seite des Kolbens bereits wieder im Flanken eingriff mit ,der einen Daumenscheibe iste- hen,
wenn die andere Stirnfläche mit ihrem Übergangsradius R1 dem entsprechenden Übergangsradius ihrer zugeordneten Dau menscheiben gegenüber steht. Eine Verklem= mung des Systems kann hierbei leicht da durch verhindert werden, :dass man ein wenig Luft zwischen Kolben und Daumenscheiben belässt.
Es hat sich -als zweckmässig erwiesen, die Gestalt der in bekannter Weise als Ventile benutzten Zylinderschlitze -der Form der Ablaufflächen anzupassen.
Demgemäss werden diese Zylinder schlitze 7, 8, d. h. die Ein- und Auslassven- tile vorzugsweise so ausgebildet, @dass ihre Steuerkanten die Gestalt von zwei sich kreu zenden Schraubengängen besitzen, deren Ganghöhe derjenigen Schraubengänge der Sehraubenflächen S1, S2 des Pendelkolbens und der Daumenscheiben entspricht.
Fig. 4 zeigt in perspektivischer Darstel lung eine Kolbenmaschine mit angeschnitte nem Gehäuse. Innerhalb des Zylinders 1 laufen auf der axialen Wedle 2 die fest mit dieser Welke verbundenen Daumenscheibe 3 und 4 um und schieben hierbei den beider seits schräg abgeschnittenen Pendelkolben 5 zwischen sch hin und her. Die als Zy linderschlitze ausgebildeten Einlassventile (nicht gezeigt) sowie die ebenfalls als Zy linderschlitze ausgebildeten Auslassventile 8 und 8' der beiden Pumpräume Z1 und Z2 werden hierbei durch die umlaufenden Dau menscheiben 3, 4 zwangsläufig gesteuert.
Der Pendelkolben 5 ist lose auf der Welle 2 gelagert und wird durch einen Füh rungsstift 9, der am Gehäuse 1 befestigt ist, an einer Drehung um seine Achse verhin dert. Dieser Führungsstift 9 läuft dabei normalerweise in einer Längobnut 10 des Kolbens 5, an deren obern Rand er zwangs läufig angedrückt wird, sobald die darge stellte Kolbenmaschine in Richtung des eingezeichneten Drehpfeils als Pumpe läuft. Diese Führungsnut 10 ist durch einen Übergangskanal 11 mit einer zweiten Füh rungsnut 12 verbunden (Fix. 5), welche um 180 gegen die Führungsnut 10 auf dem Mantel des Kolbens 5 versetzt liegt. In Fig. 4 wird diese Führungsnut durch das Gehäuse verdeckt.
Das die Anschlagflächen des Übergangskanals 11 in diese beiden Führungsnuten schräg einlaufen, geht der Pendelkolben 5 selbsttätig in die opposi tionelle Lage über, wenn man die Drehrich tung der Daumenscheibe 3, 4, ändert, die Pumpe also entgegengesetzt den eingezeich neten Drehpfeilen laufen lässt.
Fig. 5 zeigt die Abwicklung der Mantel flächen des Kolbens 5 und der Daumen scheiben 3, 4 für die beiden Stellungen. Man erkennt, dass bei unveränderter Lage der Daumenscheiben 3, 4 gegen die Zylinder schlitze 7, 7' bzw. 8, 8' gemäss Fig. 5a der Führungsstift 9 durch die in Richtung der eingezeiohneen Pfeile ausgeübte Mitneh merwirkung zwischen Daumenscheiben und Kolben an der Oberkante des Schlitzes 10 anschlägt und die betreffende Kolben maschine demnach mit richtiger Ventilphase als Pumpe arbeitet, während bei der in Fig. 5b dargestellten entgegengesetzten Drehrichtung der Führungsstift 9 an der untern Kante des Schlitzes 12 anschlägt und das Pumpaggregat infolgedessen nunmehr auch bei dieser entgegengesetzten Drehrich tung wieder mit richtiger Ventilphase als Pumpe arbeitet.
Sieht man an Stelle der beiden, durch den Übergangskanal 11 miteinander verbun denen Führungsnutes 10, 12 nur eine ein zige Führungsnut 10 in Kolbenmantel vor und macht den Anschlagstift 9 entsprechend verstellbar, so kann man offenbar jede belie bige Phase zwischen Kolbenbewegung und Ventilsteuerung herbeiführen. Fig. 6 zeigt in entsprechender Weise die Oberflächen abwicklungen von Pendelkolben 5 und Dau- mensoheiben für drei verschiedene Zwi schenstellungen zwischen den bereits in Fig. 5 dargestellten beiden Grenzstellungen. Gemäss Fig. 6a ist der Führungsstift 9 aus der Fig. 5a entsprechenden Stellung um 45 in der Richtung des Drehpfeils der Fig. 4 herausgedreht.
Man erkennt, dass die beiden Kolbenräume erst in halb geöffneter Stel lung von der Druckleitung getrennt und mit der Ansaugleitung verbunden worden, so-dass also nur nach etwa -die halbe Förderung erfolgt. Gemäss Fig. 6b ist der Führungs stift 9 gegen die in Fig. 5a gezeichnete Aus gangsstellung um 90 gedreht.
In dieser Stel lung wird die jeweils angesaugt Förder menge durch das Ansaugventil selbst wieder restlos in die Ansaugleitung zurückgedrückt, so dass die Förderleistung der Pumpe auf Null sinkt. Gemäss Fig. 6c ist die Lage des Führungastiftee. 9 gegenüber der in Fig. 5a. gezeichneten Ausgangslage um 135 versetzt.
Bei .dieser Drehlage de Kolbens 5 .ist offen bar bereits eine Umkehrung der Förderrich- tung eingetreten, und es. wird das Förder gut mit halber Förderleistung durch die An- saugschlitze zurückgeführt.
Dreht man den Führungsstift 9 in der gleichen Richtung noch weiter, so dass er in dien Lage von Fig. 5b gelangt, so würde bei gleichblei bender Drehrichtung eine negative Förde rung mit voller Förderleistung eintreten. Manerkennt also, dass sich durch eine zwangläufige Drehung des Pendelkolbens 5 um seine Achse bei Kolbenmaschinen der fraglichen Art eine stetige Regelung der Förderleistung vom Maximalwert in der einen Richtung durch Null hindurch bis zum Maximalwert in der andern Richtung erzielen lässt.
Arbeitet diese Kolbenmaschine lediglich als Pumpe, so wird es im allgemeinen genü gen, eine Drehbarken des Führungsstiftes 9 um die Zylinderachse um einen Winkel von 90 vorzunehmen, da sich hierdurch bereits die Förderleistung der Pumpe vom Maximal wert biss auf Null stetig regeln lässt. Wird die beschriebene Kolbenmaschine hingegen als Motor verwendet, so ist es häufig zweck mässig, die Drehbarkeit des Führungsstif tes 9 um die Zylinderachse auf volle 180 zu bemessen, da man dann durch Verstellung dieses Führungsstiftes, die Leistung des Mo tors vom Maximalwert in der einen Dreh richtung bis auf Null und dann ansteigend in der entgegengesetzten Richtung von Null bis zum Maximalwert stetig regeln kann.
Fig. 7 zeigt den Schnitt durch einen hy draulischen Motor dieser Art. In der Wan dung des Zylinders 1 ist ein ringförmiger Hohlraum vorgesehen, in welchem ein Ring 14 drehbar angeordnet ist. Dieser Ring 14 trägt auf seiner Innenseite einen Führungs stift 9, welcher durch einen sich über 180 erstreckenden Schlitz 13 hindurch in das Zy linderinnere ragt und hierbei in eine achsen parallele Nut 10 des Pendelkolbens 5 ein greift. Der Ring 14 ist auf seiner Aussen seite mit einer Verzahnung versehen, welche in Eingriff mit einer Schnecke 15 steht, auf deren Welle ein Handrad 16 sitzt; infolge dessen kann man durch Drehung des Hand rades 16 denn Ring 14 um die Achse des Zy- linders 1 drehen und dadurch die Lage des Führungsstiftes 9 verstellen, Fig. 8 zeigt in schematischer Darstel lungswelse den Schnitt durch ein Flüssig keitsgetriebe.
Der Zylinderblock 17 dient gleichzeitig als Lager für den Antrieb 18 und den Abtrieb 19. Innerhalb des Zylinder blockes 17 sind die vier achsenparallelen Zy linder 20 bis 23 angeordnet, von denen die Zylinder 20 und 21 je eine Kolbenpumpe der beschriebenen Art enthalten, welche über Zahnräder 24 und 25 mit dem Zahnrad 26 des Antriebes 18 gekuppelt sind. Die Zy linder 22 und 23 enthalten je ein hydrau lischer Motor der beschriebenen Art, welche über die Zahnräder 2 7 und 28 mit dem Zahnrad 29 des Abtriebes 19 verbunden sind.
Die im Innern des Zylinderblockes 17 vor gesehenen Ringräume 30 und 31 dienen in üblicher Weise als: Vorratsräume für die an gesaugte bzw. die unter Druck geförderte Kupplungsflüssigkeit.
Für die Regelung eines solchen Flüssig keitsgetriebes, kann man bekanntlich die auf jede Umdrehung :entfallende Förderleistung der Pumpen oder die entsprechende Förder- leistung der Motoren oder auch beide För- derleistungen regeln. Der Übersichtlichkeit halber ist bei der in Fig. 8 dargestellten An ordnung lediglich eine Regelung für die Förderleistung der Pumpe vorgesehen.
Als Regelvorrichtung dient hierbei eine Hülse 32, welche auf der Achse des Antriebes 18 mit tels des Hebels 33 in axialer Richtung ver schiebbar angeordnet ist und schräge Füh- rungsschlitze besitzt, in denen Stellstifte 34 für die Stellringe 14 (vgl. den Stellring 14 in Fig. 7) laufen.
Eine Verstellvorrichtung dieser Art besitzt den Vorteil, dass man sie auch dann verwenden kann, wenn man wie dies bei bestimmten Getrieben notwen dig ist - gegebenenfalls den Zylinderblock 1 so lagert, dass er mit umzulaufen vermag. Besteht diese Notwendigkeit nicht, so kann man natürlich auch im Innern des Zylinder blockes 1 ein gemeinsames Zahnrad vorsehen, welches mit entsprechenden Verzahnungen des Ringes 14 in Eingriff steht und seinem- seits über ein seitlich herausgeführtes Schneckengetriebe von Hand verstellt wird.
Statt ,gemäss Fig. 8 nur je zwei Pumpen- und Motorenzylinder 20 bis 23 vorzusehen, empfiehlt es eich in der Praxis natür lich, für Pumpen und Motor je eine grössere Anzahl von kranzförmig im Zylinderblock angeordneten Zylinder zu benutzen. Es ergibt sich dann etwa die in Fig. 10 als Rückansicht gezeichnete Anordnung.
Fig. 11 zeigt zunächst in perspektivischer Darstellung eine andere einfache Ausfüh rung einer Kolbenmaschine mit an geschnit tenem Gehäuse. Gemäss dieser Ausführung sind nun die beiden Daumenscheiben 3, 4 mit konischen Dichtungsflächen 51 ausgerüstet, gegen welche sich durch geeignete Abdich tungsmittel gedrückt werden. Gemäss Fig. 11 bestehen diese Mittel aus Überwurfmuttern 52, die auf den Zylinder 1 beiderseits aufge schraubt und übdr Wellrohre 53 und 54 mit konischen Anschlussbüchsen 55 verbunden sind, welche gleichzeitig die Lager für die Welle 2 tragen.
Durch die Federwirkung der Wellrohre 53 und 54 werden hierbei die Abschlussbüchsen mit gleichmässiger Span nung gegen die konischen Dichtungsflächen der Daumenscheiben 3, 4, gedrückt, so dass eine vollständige Abdichtung des Zylinders 1 nach beiden Seiten hin sichergestellt ist; denn die Daumenscheiben 3, 4 sitzen ja fest auf der Welle 2 und können infolgedessen mit dieser völlig dicht verschraubt, ver schweisst oder verlötet sein.
Fix. 12 zeigt im Schnitt eine in den hauptsächlichen konstruktiven Merkmalen gleichartig gestaltete Kolbenmaschine bei der jedoch der Zylinder 1 unmittelbar als Pump gehäuse mit angesetzten konischen Dich tungsköpfen 55a und 55b, ausgebildet ist. Um in diesem Falle die notwendige elasti sche Anpressung der Daumenscheiben 3, 4 gegen die konischen Dichtungsflächen der Köpfe 55a und 55b herbeizuführen, sitzt die Daumenscheibe 4a auf dem Wellenteile 2a in einer Schlitzführung, welche ihr in axialer Richtung eine gewisse, unter dem Druck der Feder 56 stehende Verschiebung ermöglicht.
Die Feder 56 drückt also die Welle 2 mit der darauf befestigten Daumenscheibe 3 nach links und die Daumenscheibe 4a nach rechts gegen die konischen Dichtungsflächen 51 und 51a, so dass auch hier eine vollkommene Abdichtung erzielt wird.
Bei den in Fig. 11 und 12 dargestellten Konstruktionen tritt mit der Zeit infolge des Abtriebes auf den zylindrischen Laufflächen der Daumenscheibe 3, 4 ,ein allmähliches Un dichtwerden der von diesen Daumenscheiben gesteuerten Zylinderschlitzventilen 7, 7' und 8, 8' ein. Dies lässt sich vermeiden, wenn man gemäss Fig. 13 die genannten Zylinder schlitze in die konischen Dichtungsflächen verlegt. Wie man aus der Schnittzeichnung der Fig. 13 ersieht, braucht man zu diesem Zwecke lediglich in der Daumenscheibe 3a eine achsenparallele Bohrung 57 vorzusehen, welche über die konische Dichtungsfläche abwechselnd mit der Einlassleitung 7a und der Auslassleitung 8a in Verbindung kommt.
Diele Massnahme lässt sich natürlich nicht nur dann anwenden, wenn man die Daumenscheiben nach Art, von Fig. 12 und 13 gegen die als Teil des Gehäuses der Kol- benmascbine ausgebildeten konischen Dich tungsflächen von innen her andrückt, son dern selbstverstndlich auch dann, wenn man etwa im Sinne von Fig. 11 die koni schen Dichtungsflächen von aussen federnd bzw. durch ,entsprechende Druckschrauben nach innen hin gegen die konischen Dich tungsflächen der Daumenscheiben drückt.
Piston machine with a pendulum piston guided between thumb disks. There are already piston engines with a reciprocating piston cut obliquely on both sides known, which is pushed back and forth in the axial direction between two, rotating in a common cylinder, rigidly connected thumb discs and thereby in two separated th rooms. this cylinder causes pumping processes for which the associated Ven tilteuerung can take place directly through the thumb discs mentioned. Such piston machines can - like any Kol benmaschine - be operated both as a pump and as a hydraulic or compressed air or even as an internal combustion engine.
The pendulum piston itself is mostly loosely mounted on the common shaft of the two Dau disks and is in turn prevented from rotating by a slot guide that runs parallel to the cylinder axis ver. In all of these cases, they are distinguished from normal piston machines by a particularly simple and space-saving structure and by a particularly low susceptibility to interference.
The present invention relates to a piston machine of the type mentioned, by means of which a noticeably smooth running and a substantially reduced wear, i. H. a considerable extension of their service life is achieved.
While so far at Pum pen of this type, the two end faces of the pendulum piston and the end faces of the two thumb disks that are in engagement therewith simply inclined - for example under 45 - used to cut off or abrading, these ablei sloping surfaces are depending on the invention Composed of helical surfaces, which for example run with the same pitch from the same starting radius over 180 each and can meet there in a rounded radial edge.
In this way, one achieves that the surfaces sliding against each other during the sliding process are flat and not just with changing edges, so that the downforce is correspondingly reduced and any scraping noise is prevented even if the lubricating film is not always should be sufficient to remove it.
Above all, however, a piston machine of this type can be reliably built for much higher pressures, since the screw surfaces slide flat on one another as inclined planes with the same inclination.
The impact on the transition from one screw surface to the other can be reduced by offsetting the starting radii of the screw surfaces on the two thumb disks or the two end faces of the pendulum piston by a small angle, about 5 to 10.
The pendulum piston then already rests on one side on a new guide surface when the transition from one screw surface to the other screw surface has to be accomplished on the other side.
The present invention relates to a piston machine, which is characterized in that the piston, which is moved back and forth in the cylinder housing, at a certain angle about its axis, for. B. slots between stops or control, the piston or cylinder is rotating bar, while the thumb discs are connected to the shaft common to the thumb discs and the Kol ben that they always participate in their rotation. The piston can be provided with one or more Zap fen or control slots, which slots in the cylinder housing arranged in control or control pins work together.
For the purpose of rotating and adjusting the piston, two control slots or control grooves can be arranged in the cylinder housing by about 180 in relation to each other, which can be connected to one another by a transition channel, with the stop surfaces expediently extending obliquely to the control slots can. If control pins entering the control slots are provided, these can usefully be connected to an adjustment device that can be influenced from the outside and that enables the piston to rotate through a certain angle about its axis.
These measures make it possible to use the piston machine both as a pump and as a motor.
However, instead of providing only two working positions of the pendulum piston offset by 180 against each other, of which the predetermined working position is automatically selected depending on the direction of rotation, you can of course also make the arrangement so that the angular position of the pendulum piston to the fixed valves can be adjusted at will is. For this purpose you need z. B. to equip only the guide pin engaging in the guide slot of the pendulum piston with an adjusting device, which enables its rotation about the cylinder axis.
By adjusting the position of this guide pin accordingly, you can then bring about any phase position between the piston movement and the valve control and consequently, with a constant direction of rotation, the thumb discs of the piston machine operated as a pump, for example, from maximum delivery in one delivery direction to delivery Reduce zero and then continue to regulate the delivery in the opposite delivery direction up to the maximum value.
Likewise, when such a piston machine is operated, for example as a hydraulic motor, the absorption capacity of this hydraulic motor can be steadily reduced from the maximum value to zero and then further lead to negative values, at which the motor does not deliver more power, but acts as a pump and Absorbs power, d. H. brakes.
You can z. B. combine several cylinders in a cylinder block which is rotatably arranged. Here, the adjustment of the piston can be done by means of an axially displaceable, with the cylinder block to current strokes, with which the adjusting elements of the cylinders provided control pins by means of inclined slot controls or the like are coupled.
Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings nah ago. From .diesen shows: Fig. 1 the schematic section through a piston machine, Fig. 2 the development of the man side surfaces of pistons and thumb disks, Fig. 3 a perspective view of the pendulum piston and thumb disks formed system, Fig. 4 the perspective Representation of a piston engine,
5 and 6 the development of the surfaces of pistons and thumb disks in different phase positions to each other and to the cylinder slit valves, FIG. 7 the cross section through a piston machine with adjusting device, FIG. 8 the longitudinal section through a fluid transmission, FIG. 9 a Detail of the control device, FIG. 10 the rear view of the coupling shown in FIG. 11 shows a perspective view of a piston machine with sealing surfaces that are resiliently pressed against the thumb disks on both sides from the outside.
Fig. 12 shows a section through a piston machine in which the thumb washers from the inside with their conical sealing surfaces press against the conical sealing surfaces of the housing, Fig. 13 shows the shape of thumb washers, the associated Ven tilschlitze are moved into the conical sealing surfaces.
As can be seen from Fig. 1, a shaft 2 is arranged in the axis of the cylinder 1, on which the two thumb disks 3 and 4 are rigidly attached. Between the two sen, the cross-section of the cylinder 1 completely filling and the cylinder here by thumb disks sealing to the right and left is the pendulum piston 5, which is slidably mounted on the shaft 2 and consequently in the direction of the arrow P between the two thumb disks 3, 4 can be pushed back and forth, but is prevented from rotating by a guide pin 6. As an inlet and outlet, the cylinder slots 7 and 7 'or 8 and 8', which are controlled by the thumb discs 3 and 4 during their order run.
As the shaft 2 revolves, the inclined surfaces of the thumb disks 3 and 4 slide along the correspondingly beveled end faces of the pendulum piston 5 and push it alternately to the right and to the left; here the cylinder spaces Z, and Z2 are expanded and narrowed.
In order to achieve a smooth sliding of the interengaging sliding surfaces during this process in the above-described sense, the respective surfaces of the thumb disks 3, 4 and the piston 5 are given a shape, the nature of which can be derived from the one shown in FIG Detects from development of their outer surfaces. As you can see, each of these end faces is composed of two helical surfaces S1 and 82, which extend with the same pitch from a common starting radius R1 over 180 each and meet in a rounded radial edge R2.
Since the development lets the helical surfaces appear as inclined planes, one can easily see that these inclined planes slide flat on each other, i.e. each touch in wide sliding surfaces and not just - as in the known piston machines of this type - in rounded edges. The practical execution of the resulting system can be seen from FIG. 3.
If you want to achieve a particularly smooth transition from one direction of movement in the sense mentioned above, you only need the radii R and Bz to set against each other in front of the type of the lower part of FIG.
One end face of the piston is then already engaged again in the flank, which is a thumb disk,
when the other end face with its transition radius R1 is opposite to the corresponding transition radius of their associated thumbwheels. A jamming of the system can easily be prevented by: Leaving a little air between the piston and the thumb disk.
It has proven expedient to adapt the shape of the cylinder slots used in a known manner as valves to the shape of the drainage surfaces.
Accordingly, these cylinder slots 7, 8, d. H. the inlet and outlet valves are preferably designed in such a way that their control edges have the shape of two intersecting screw threads, the pitch of which corresponds to those screw threads of the vane surfaces S1, S2 of the pendulum piston and the thumb disks.
Fig. 4 shows a perspective presen- tation of a piston engine with cut housing. Inside the cylinder 1, the thumb washers 3 and 4, which are firmly connected to this wilt, run on the axial wedge 2 and push the pendulum piston 5, which is cut obliquely on both sides, back and forth between sch. The inlet valves (not shown) designed as Zy cylinder slots and the outlet valves 8 and 8 'of the two pump chambers Z1 and Z2, also designed as Zy cylinder slots, are inevitably controlled by the circumferential thumb disks 3, 4.
The oscillating piston 5 is loosely mounted on the shaft 2 and is prevented from rotating about its axis by a Füh approximately pin 9 which is attached to the housing 1. This guide pin 9 normally runs in a Längobnut 10 of the piston 5, at the upper edge of which it is inevitably pressed continuously as soon as the Darge presented piston engine runs in the direction of the arrow shown as a pump. This guide groove 10 is connected by a transition channel 11 to a second guide groove 12 (fix. 5), which is offset by 180 from the guide groove 10 on the jacket of the piston 5. In Fig. 4 this guide groove is covered by the housing.
That the stop surfaces of the transition channel 11 run obliquely into these two guide grooves, the pendulum piston 5 automatically goes into the opposi tional position when you change the direction of rotation of the thumb disk 3, 4, so the pump runs in the opposite direction to the indicated rotary arrows.
Fig. 5 shows the development of the jacket surfaces of the piston 5 and the thumb discs 3, 4 for the two positions. It can be seen that with unchanged position of the thumb disks 3, 4 against the cylinder slots 7, 7 'and 8, 8' according to FIG. 5a, the guide pin 9 due to the entrainment between thumb disks and piston at the top edge exerted in the direction of the arrows of the slot 10 strikes and the piston machine in question therefore works with the correct valve phase as a pump, while in the opposite direction of rotation shown in Fig. 5b, the guide pin 9 strikes the lower edge of the slot 12 and the pump unit as a result now also in this opposite direction of rotation direction again works as a pump with the correct valve phase.
If you see in place of the two, through the transition channel 11 with each other which guide grooves 10, 12 only a single guide groove 10 in the piston skirt and makes the stop pin 9 accordingly adjustable, you can apparently bring about any phase between piston movement and valve control. FIG. 6 shows in a corresponding manner the surface developments of pendulum pistons 5 and thumb disks for three different intermediate positions between the two limit positions already shown in FIG. According to FIG. 6a, the guide pin 9 is rotated out of the position corresponding to FIG. 5a by 45 in the direction of the rotary arrow in FIG.
It can be seen that the two piston chambers have only been separated from the pressure line and connected to the suction line in the half-open position, so that only after about half the delivery takes place. According to FIG. 6b, the guide pin 9 is rotated by 90 against the starting position shown in FIG. 5a.
In this position, the respective suctioned delivery rate is completely pushed back into the suction line by the suction valve itself, so that the delivery rate of the pump drops to zero. According to Fig. 6c, the position of the guide pin is. 9 compared to that in Fig. 5a. The starting position drawn is offset by 135.
In this rotational position of the piston 5, a reversal of the conveying direction has evidently already occurred, and it. the delivery is well returned through the suction slots at half the delivery rate.
If the guide pin 9 is rotated further in the same direction, so that it arrives in the position of FIG. 5b, a negative conveyance with full conveying capacity would occur with the direction of rotation remaining the same. It can therefore be seen that a forced rotation of the pendulum piston 5 around its axis in piston machines of the type in question allows continuous regulation of the delivery rate from the maximum value in one direction through zero to the maximum value in the other direction.
If this piston machine only works as a pump, it will generally suffice to rotate the guide pin 9 around the cylinder axis by an angle of 90, as this allows the pump's delivery rate to be continuously regulated from the maximum value to zero. If the piston machine described, however, is used as a motor, it is often useful to measure the rotatability of the Führungsstif tes 9 about the cylinder axis to a full 180, because then by adjusting this guide pin, the performance of the Mo sector from the maximum value in one turn direction down to zero and then increasing in the opposite direction from zero to the maximum value.
Fig. 7 shows the section through a hy draulic motor of this type. In the Wan extension of the cylinder 1, an annular cavity is provided in which a ring 14 is rotatably arranged. This ring 14 carries on its inside a guide pin 9, which protrudes through a slot 13 extending over 180 through into the Zy cylinder interior and this engages in an axially parallel groove 10 of the pendulum piston 5 a. The ring 14 is provided on its outside with a toothing which is in engagement with a worm 15, on the shaft of which a handwheel 16 sits; As a result, by turning the handwheel 16, the ring 14 can be rotated around the axis of the cylinder 1 and thereby the position of the guide pin 9 can be adjusted. FIG. 8 shows a schematic representation of the section through a liquid transmission.
The cylinder block 17 also serves as a bearing for the drive 18 and the output 19. Within the cylinder block 17, the four axially parallel Zy cylinders 20 to 23 are arranged, of which the cylinders 20 and 21 each contain a piston pump of the type described, which via gears 24 and 25 are coupled to the gear 26 of the drive 18. The Zy cylinder 22 and 23 each contain a hydraulic motor of the type described, which are connected to the gear 29 of the output 19 via the gears 2 7 and 28.
The inside of the cylinder block 17 in front of the annular spaces 30 and 31 are used in the usual way as: Storage spaces for the clutch fluid that is sucked in or conveyed under pressure.
For the regulation of such a fluid transmission, as is well known, one can regulate the delivery rate of the pumps or the corresponding delivery rate of the motors or both delivery rates for each revolution. For the sake of clarity, only a regulation for the delivery rate of the pump is provided in the arrangement shown in FIG.
A sleeve 32 serves as the control device, which is arranged on the axis of the drive 18 by means of the lever 33 so that it can be displaced in the axial direction and has inclined guide slots in which adjusting pins 34 for the adjusting rings 14 (cf. the adjusting ring 14 in FIG 7) run.
An adjustment device of this type has the advantage that it can also be used when, as is necessary with certain transmissions, the cylinder block 1 is possibly stored so that it can rotate with it. If this is not necessary, a common gear wheel can of course also be provided in the interior of the cylinder block 1, which meshes with the corresponding toothing of the ring 14 and is adjusted by hand via a worm gear led out laterally.
Instead of providing only two pump and motor cylinders 20 to 23, as shown in FIG. 8, it is recommended in practice, of course, to use a larger number of cylinders arranged in a ring in the cylinder block for pumps and motor. The arrangement shown as a rear view in FIG. 10 then results.
Fig. 11 shows a perspective view of another simple Ausfüh tion of a piston machine with on geschnit tenem housing. According to this embodiment, the two thumb disks 3, 4 are now equipped with conical sealing surfaces 51, against which are pressed by suitable sealing means. According to FIG. 11, these means consist of union nuts 52 which are screwed onto the cylinder 1 on both sides and are connected via corrugated pipes 53 and 54 with conical connection sleeves 55 which at the same time carry the bearings for the shaft 2.
Due to the spring action of the corrugated tubes 53 and 54, the end sleeves are pressed with even tension against the conical sealing surfaces of the thumb disks 3, 4, so that a complete sealing of the cylinder 1 on both sides is ensured; because the thumb washers 3, 4 sit firmly on the shaft 2 and can consequently be screwed, welded or soldered to this completely tightly.
Fix. 12 shows in section a piston machine with the same design in the main structural features, but in which the cylinder 1 is designed directly as a pump housing with attached conical sealing heads 55a and 55b. In order to bring about the necessary elastic pressure of the thumb washers 3, 4 against the conical sealing surfaces of the heads 55a and 55b in this case, the thumb washer 4a sits on the shaft part 2a in a slot guide which gives it a certain axial pressure under the pressure of the spring 56 upright displacement is possible.
The spring 56 thus presses the shaft 2 with the thumb disk 3 attached to it to the left and the thumb disk 4a to the right against the conical sealing surfaces 51 and 51a, so that a perfect seal is also achieved here.
In the constructions shown in FIGS. 11 and 12, the cylinder slit valves 7, 7 'and 8, 8' controlled by these thumb discs gradually become un-tight as a result of the downforce on the cylindrical running surfaces of the thumb discs 3, 4. This can be avoided if, according to FIG. 13, the mentioned cylinder slots are laid in the conical sealing surfaces. As can be seen from the sectional drawing in FIG. 13, for this purpose an axially parallel bore 57 only needs to be provided in the thumb disk 3a, which alternately connects with the inlet line 7a and the outlet line 8a via the conical sealing surface.
The measure can of course not only be applied if the thumb washers are pressed from the inside against the conical sealing surfaces formed as part of the housing of the piston machine, but of course also if one for example in the sense of Fig. 11, the conical sealing surfaces from the outside resiliently or by, presses corresponding pressure screws inwardly against the conical sealing surfaces of the thumb discs.