Kolbenmaschine, insbesondere für hydraulische Antriebszwecke Die Erfindung bezieht sich auf eine insbesondere für hydraulische Antriebszwecke bestimmte Kolben maschine mit mehreren als teleskopartig ausziehbare Hohlkörper ausgebildeten Kolben-Zylinder-Anord- nungen, die je selbständig mit einem Druckschuh kraftschlüssig gegen eine Kurbel anliegen und an- dernseits in einem die Kurbel umfassenden,
relativ zur Kurbelachse exzentrisch- drehbaren Stützkörper schwingbar abgestützt sind. Bei einer bekannten, zum unmittelbaren hydraulischen Antrieb eines Schlepperlaufrades oder dergleichen bestimmten Kolbenmaschine dieser Art sind um mit der Rad achse parallele Achsen Zylinder in dem Radkörper etwa radial liegend schwingbar gelagert, in denen hydraulisch betätigbare Kolben sitzen, die mit Druckschuhen gegen Teilbereiche der Mantelfläche eines zu dem Rad aussermittig angeordneten Stütz gliedes anliegen, wobei zwischen die Druckflächen der Druckschuhe und das Stützglied eine auf Rollen gelagerte Hülse geschaltet ist.
Den Arbeitsräumen der Kolben-Zylinder-Anordnungen wird das Arbeits medium durch Kanäle zugeführt, die einerseits in dem Stützglied und anderseits an den Kolben-Zylin- der-Anordnungen sitzen. Die hierbei vorgesehene formschlüssige Lagerung der Kolben-Zylinder-An- ordnungen auf sich parallel zur Drehachse der An ordnung erstreckenden Zapfen bedingt neben einem verwickelten Zusammenbau einen grossen Raum bedarf der Anordnung und lässt nur geringe Leistun gen zu.
Darüber hinaus lässt die Betriebssicherheit zu wünschen übrig ; denn die dabei vorgesehene übertragung des Arbeitsmediums bereitet Schwierig keiten und bedingt überdies einen schlechten Wir kungsgrad. Es ist auch bekannt, auf einer Kurbel einen sternförmigen Zylinderblock formschlüssig drehbar zu lagern, dessen die Kolben führende Boh rungen bis zu der Kurbel durchlaufen. Die Kolben stützen sich aussenendig unter Vermittlung von Kol benstangen an einem Gehäuse ab. Solche Ausbildun gen haben praktisch keine Bedeutung erlangen kön nen, weil die kurbelseitige Abdichtung der Arbeits räume nicht zufriedenstellend und ausreichend dauer haft möglich ist.
Darüber hinaus ist auch bei solchen Ausbildungen der Zusammenbau schwierig. Ausser- dem ergeben sich insbesondere an den die Kolben mit den Kolbenstangen verbindenden Gelenken sehr ungünstige Beanspruchungen, die die Leistung be schränken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenmaschine der eingangs umschriebenen Art zu schaffen, die bei einfachem und übersichtlichem Auf bau dauerhaft und hoch belastbar ist und bei kleinem Raumbedarf hohe Leistungen erbringt und auch Überlastungen aufnimmt, ohne die Lagerflächen un günstig hoch zu beanspruchen. Dies soll erfindungs gemäss dadurch erreicht sein, dass die Kolben-Zylin- der-Anordnungen mit einer im Strecksinn wirkenden Kraft belastet und beidendig kraftschlüssig in offenen Stützlagern gehalten sind.
Damit wird ein sehr einfacher und übersichtlicher Aufbau der Maschine mit nur wenigen einfachen Teilen ermöglicht, bei der die Kolben-Zyhnder-An- ordnungen selbständige Baugruppen bilden, die sich unabhängig voneinander ohne weitere Montagearbei ten einbauen bzw. lösen lassen. Die Betriebsstellung der Kolben-Zylinder-Anordnungen wird durch die im Strecksinn auf sie einwirkende Kraft aufrecht erhalten. Diese kann verschiedenartig erzeugt wer den.
Es ist beispielsweise möglich, das Arbeits medium der Maschine stets unter einem gewissen Überdruck zu halten, der die für die kraftschlüssige Halterung der Kolben-Zylinder-Anordnungen erfor derliche, im Strecksinne wirkende Kraft erbringt. In der Regel ist es aber einfacher, zwischen Kolben und Zylinder der Kolben-Zylinder-Anordnungen eine im Strecksinne wirkende Federanordnung einzuspannen. Dazu lässt sich beispielsweise eine Schraubendruck feder verwenden. Statt dessen könnten jedoch auch andere federnde Glieder bzw. Anordnungen vorge sehen werden.
Die kraftschlüssige Aufnahme der der Kurbel abgewandten Enden der Kolben-Zylinder-Anordnun- gen lässt sich ebenfalls unterschiedlich verwirklichen. Beispielsweise können die der Kurbel abgewandten Enden der Kolben-Zylinder-Anordnungen in Schnei- denlagern oder dergleichen gehaltert sein.
Als be sonders zweckdienlich hat es sich jedoch erwiesen, die Kolben-Zylinder-Anordnungen mit ihren der Kurbel abgewandten Stirnenden je einer Kippbewe- gung zulassenden Stützfläche aufliegen zu lassen. Die Stützflächen können beispielsweise wie Zylinder flächen gekrümmt verlaufen. Statt dessen ist es fall weise zweckdienlicher, die Stützflächen und die zu geordneten Stirnenden der Kolben-Zylinder-Anord- nungen kugelflächenförmig zu gestalten.
Auf Grund der dann vorhandenen grösseren Einstellfreiheit glei chen sich etwaige Massabweichungen der Teile leich ter aus, so dass gröbere Bearbeitungstoleranzen der Teile zulässig sind.
Die nicht formschlüssige, sondern nur kraft schlüssige Abstützung des der Kurbel abgewandten Endes der Kolben-Zylinder-Anordnungen bietet aus- serdem die vorteilhafte Möglichkeit, in diesem Be reich den Lagerdruck massgeblich herabzusetzen, der für die Dauerhaftigkeit und Belastbarkeit der Ma schine ausschlaggebend ist.
Zu diesem Zweck emp fiehlt es sich, das der Kurbel abgewandte, eine La gerfläche bildende Stirnende der Kolben-Zylinder- Anordnungen mit einer mit dem Arbeitsraum ver bundenen, zu einer unmittelbaren Abstützung des Arbeitsmediums an der Stützfläche führenden, "von der Lagerfläche umfassten Aussparung zu versehen.
Im Bereich dieser Aussparung drückt dann das Ar beitsmedium unmittelbar auf die Stützfläche, d. h. es fällt keine mechanische Reibung an, die einen Ver schleiss herbeiführen könnte. Die Aussparung wird dabei von der Lagerfläche umgrenzt, so dass selbst tätig eine allen Anforderungen genügende Abdich tung entsteht.
In weiterer Ausgestaltung dieser Aus bildung können das der Kurbel abgewandte Ende der Kolben-Zylinder-Anordnungen und die zugeordnete Stützfläche Ausnehmungen aufweisen, die gemeinsam einen Teil eines das Arbeitsmedium führenden Ka nals bilden. Hiermit ergibt sich die Möglichkeit, der Kolben-Zylinder-Anordnung das Arbeitsmedium in sehr einfacher und wirtschaftlicher Art zuzuführen, wobei der Stützdruck unmittelbar zur Abdichtung der beweglichen Verbindung ausgenutzt wird.
Sinngemäss kann überdies der Druckschuh der Kolben-Zylinder-Anordnungen eine mit dem Arbeits raum in Verbindung stehende, zu einer unmittelbaren Abstützung des Arbeitsmediums. auf der Kurbel füh rende, von der Lagerfläche des Druckschuhes um- fasste Aussparung aufweisen.
Dann fällt auch an die- sein Ende der Kolben-Zylinder-Anordnung eine un mittelbare Abstützung des Arbeitsmediums auf der Kurbel bzw. einer in an sich bekannter Weise auf dieser drehbar gelagerten Hülse an, die die mecha nische Flächenpressung herabsetzt und damit den betriebsmässig auftretenden Verschleiss vermindert. Im Bereich der kurbelseitigen Abstützung der Kol- ben-Zylinder-Anordnungen ist dies besonders wich tig, da hier beim Betrieb der Maschine erhebliche Geschwindigkeiten anfallen,
die bei den vergleich baren vorbekannten Kolbenmaschinen entweder eine ungünstige Begrenzung des Arbeitsdruckes oder aber einen schnellen Verschleiss bedingen. Durch eine unmittelbare Abstützung des Arbeitsmediums wer den diese Schwierigkeiten grundlegend beseitigt.
Bei solchen Ausbildungen kann es allerdings empfehlens wert sein, zwischen den Arbeitsraum der Kolben- Zylinder-Anordnungen und die in der Lagerfläche des Druckschuhes angeordnete Aussparung eine Querschnittsverengung zu schalten. Damit wird er reicht, dass bei einem etwaigen, unbeabsichtigten, beispielsweise durch eine fehlerhafte Bedienung der Maschine oder durch einen Fehler in der Zuführung des Arbeitsmediums bedingten Abheben des Druck schuhes von der Kurbel der in dem Arbeitsraum vor handene, auf die Kolben-Zylinder-Anordnung im Strecksinne einwirkende Überdruck nicht vollständig zusammenbrechen kann.
Die Betriebssicherheit wird also auch unter ungünstigen Umständen aufrecht erhalten.
Die Fläche der Aussparungen in den der Kurbel zugewandten bzw. abgewandten Lagerflächen der Kolben-Zylinder-Anordnungen kann kleiner als die Fläche des Arbeitsraumquerschnittes sein, um eine Abdichtung durch den Druck des Arbeitsmediums zu erwirken. Damit ist die Möglichkeit gegeben, den mechanischen Druck unabhängig von dem Arbeits druck der Maschine stets so zu begrenzen, dass zwar eine ausreichende Abdichtung anfällt, jedoch die me chanische Reibung unterhalb der zulässigen Grenzen bleibt.
Die Flächenbelastung lässt sich besonders niedrig wählen, wenn den stirnseitigen Lagerflächen noch elastische Dichtungen eingelegt werden. Dann reichen schon sehr geringe Drücke für eine zuverläs sige Abdichtung aus.
Daneben bzw. statt dessen kann die Dichtigkeit auch verbessert werden, indem den stirnseitigen Lagerflächen der Kolben-Zylinder-An- ordnungen die Aussparungen umfassende Nuten ein geformt werden. Zweckmässig werden die Nuten räume durch Leitungen mit dem druckfreien Raum verbunden. Damit wird verhindert, dass sich an den Gleitflächen Druckölpolster oder dergleichen bilden, die die Dichtigkeit beeinträchtigen könnten. Solche Ausgestaltungen sind insbesondere für die Lauffläche des Druckschuhes zweckdienlich.
Die Maschine kann verschiedenartig ausgestaltet sein. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens zwei aussenendig in einem feststehenden Gehäuse kraftschlüssig abge stützte Kolben-Zylinder-Anordnungen in einer ge= ureinsamen Radialebene liegen und gemeinsam mit einer Kurbel der Welle zusammenwirken.
Wenn bei solchen Ausbildungen wenigstens drei Kolben-Zylin- der-Anordnungen für eine Kurbel vorgesehen wer den, ergibt sich eine Maschine mit weitgehend gleich- mässiger Aufnahme für das Arbeitsmedium, die aus jeder Stellung selbsttätig anlaufen kann. Es ist aber auch möglich, mehrere Gruppen von Kolben-Zylin- der-Anordnungen hintereinanderliegend anzuordnen.
Damit lassen sich bei geringem Raumbedarf der Ma schine bei der Ausbildung als Motor hohe Dreh momente erzeugen bzw. bei der Ausbildung als Pumpe grosse Liefermengen erzielen.
Kolbenmaschinen, die wenigstens drei gemein sam in einer Radialebene liegende Kolben-Zylinder- Anordnungen aufweisen, werden zweckmässig mit einem als Rotationskörper ausgebildeten Gehäuse er stellt. Es ist aber auch möglich, die Kolben-Zylinder- Anordnungen je paarig mit einer Kurbel zusammen wirken zu lassen, wobei ihre der Kurbel abgewandten Enden einander in bezug auf die Welle diametral gegenüberliegen.
Dann ist es günstiger, die Gehäuse flach auszubilden, wobei sich besonders kleine äus- sere Abmessungen ergeben. Bei solchen Maschinen werden zweckmässig mehrere Paare von Kolben-Zy- linder-Anordnungen mit gleicher Grundlängsrichtung hintereinanderliegend angeordnet, die mit in der Drehrichtung gegeneinander versetzten Kurbeln zu sammenwirken.
Eine bevorzugte Ausbildung einer solchen Maschine sieht drei Kurbeln vor, die gegen einander je um 1200 versetzt sind und je der Ein wirkung von zwei entgegengesetzt gerichteten Kol- ben-Zylinder-Anordnungen unterstehen, deren den Kurbeln abgewandte Abstützungen sämtlich in einer Axialebene zur Welle liegen. Hierbei besteht noch der massgebliche Vorteil, dass die Lagerbeanspru chungen der Maschinenwelle besonders gering bleiben.
Die Kolbenmaschinen können auch insofern un terschiedlich ausgestaltet werden, als es möglich ist, entweder eine die Kurbel bzw. Kurbeln tragende Welle gegenüber einem feststehenden Gehäuse anzu treiben oder aber die einander zugewandten Enden der Kolben-Zylinder-Anordnungen einem feststehen den Lagerglied aufliegen zu lassen und den die Kol- ben-Zylinder-Anordnungen umfassenden, deren äus- sere Enden halternden Stützkörper zur Achse des Lagergliedes exzentrisch drehbar zu führen.
Die letz tere Ausgestaltung ist insofern zweckdienlich, als der als Rotationskörper ausgebildete Stützkörper unmit telbar einen Teil eines Energie übertragenden Bau teiles wie einer Seiltrommel oder dergleichen bilden kann. Damit werden Kupplungen und dergleichen entbehrlich, so dass die Maschine bei hoher Lei stungsfähigkeit leicht und übersichtlich bleibt und einen guten Wirkungsgrad aufweist.
Es ist schon erwähnt worden, dass es zweck dienlich ist, das Arbeitsmedium am schwingbar ab gestützten äusseren Ende der Kolben-Zylinder-An- Ordnungen zuzuleiten. Die Steuerung kann dabei durch einen Drehschieber erfolgen, der unmittelbar mit dem umlaufenden Teil der Maschine starr ge kuppelt ist. Statt dessen wäre es aber auch möglich, eine besondere Schieberanordnung zu verwenden, die mit der Maschine synchron umläuft. Eine un mittelbar mit dem umlaufenden Teil der Maschine gekuppelte Drehschieberanordnung ist jedoch in der Regel vorzuziehen, da sie es ermöglicht, die Ma schine besonders übersichtlich auszubilden.
Zu die sem Zweck können die Drehschieberanordnung und das die Kolben-Zylinder-Anordnungen aussenendig abstützende Gehäuse eingeformte Kanäle für das Arbeitsmedium aufweisen, deren in Seitenflächen liegende Eingänge einander nach dem Kuppeln der Gehäuseteile decken. Damit werden freiliegende Rohrleitungen oder dergleichen in der Regel völlig entbehrlich, so dass die Maschine ein glattes Aus sehen erhält und Schäden auch bei ungewöhnlichen Beanspruchungen kaum eintreten können.
Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine insbesondere als Hydraulikmotor ver wendbare Kolbenmaschine in teils geschnittener Sei tenansicht ; Fig. 2 eine Seilwinde mit organisch eingebautem Hydraulikmotor im Längsschnitt ; Fig. 3 in gleicher Darstellung eine abweichend ausgestaltete Kolbenmaschine, und Fig. 4 schematisch die Steuerung der in Fig. 3 dargestellten Kolbenmaschine.
Die in Fig. 1 dargestellte Kolbenmaschine weist eine in Seitenwänden 10 eines im wesentlichen ring- förmigen Gehäuses 11 drehbar gelagerte Welle 12 auf, die einen als Exzenter ausgebildeten Kurbel zapfen 1, 3 trägt.
Der Mantel des Gehäuses 11 trägt innenseitig gleichmässig über den Umfang verteilt drei külottenförmige Einsenkungen 14, in die je ein Zylieder 15 mit seinem kugelig geformten äusseren Egge 16 eingreift. Jedes Zylinderende 16 ist längs durchbohrt und trägt eine die Bohrung umfassende elastische Dichtung 17, die abdichtend gegen die Kalotte 15 anliegt.
In dem Gehäuse 11 ist für jede Kolben-Zylinder-Anordnung ein von Bohrungen ge bildeter Zuführkanal 18 für das Arbeitsmedium vorgesehen, der in die Kalotte 14 einmündet. In dem Zylinder 15 ist ein Kolben 19 längsverschiebbar geführt, dessen freies Ende sich mit einem Druck schuh 20 gegen eine auf dem Exzenter 13 vorzugs weise unter Einschaltung von Wälzkörpern wie Na deln drehbare Buchse 21 stützt.
Die Gleitfläche des Druckschuhes 20 umfasst ringförmig eine mitt lere Ausnehmung 22, die über einen verhältnismäs- sig engen Kanal 23 mit dem Arbeitsraum der Kol- ben-Zylinder-Anordnung verbunden ist. Der Gleit fläche des Druckschuhes 20 sind überdies ringför mig geschlossene Nuten 24, 25 -eingeformt, die über Kanäle 26 mit dem Gehäuseinneren verbunden sind.
Zwischen einen den Kanal 23 enthaltenden Boden 27 des Kolbens 19 und eine dem Zylinder einge legte Ringscheibe 28 ist eine Schraubendruckfeder 29 geschaltet, die im Sinne eines Streckens der Kol- ben-Zylinder-Anordnung vorgespannt ist und die betriebsgerechte Stellung der beidendig lediglich kraftschlüssig durch offene Lager abgestützten Kol- ben-Zylinder-Anordnung .auch aufrechterhält, wenn deren Arbeitsraum drucklos ist.
Auf eine solche Fe der könnte verzichtet werden, wenn die Anordnung sich stets unter einem gewissen Überdruck halten lässt. Das Grössenverhältnis der Gleitflächen zu den eine unmittelbare Abstützung des Arbeitsmediums ergebenden Durchbrüchen bzw. Ausnehmungen ist unter Berücksichtigung der Grösse der dem Druck des Arbeitsmediums ausgesetzten Flächen des Kol bens einerseits und des Zylinders anderseits so ge wählt, dass die mechanische Reibung unterhalb der zulässigen Grenze gehalten wird, aber noch eine zu verlässige Abdichtung zustandekommt. Der Dich tungsdruck steigt dabei mit dem Arbeitsdruck an, so dass unter allen Betriebsbedingungen eine zuver lässige Abdichtung anfällt.
Die zwischen den Ar beitsraum der Kolben-Zylinder-Anordnung und die Ausnehmung 22 geschaltete Querschnittsverengung hat die Aufgabe, bei einem etwaigen, durch Fehl bedienungen oder Schäden verursachten Abheben des Druckschuhes 20 von der Buchse 21 ein Zu sammenbrechen des Arbeitsdruckes in der Kolben- Zylinder-Anordnung auszuschliessen, indem das Ab strömen des Arbeitsmediums durch den Kanal 23 begrenzt wird.
Durch einen in der Zeichnung nicht näher dar gestellten Drehschieber, der mit der Welle 12 ge kuppelt sein mag, werden die Kolben-Zylinder-An- ordnungen nacheinander wechselweise mit dem Druckflüssigkeitsstrom und der Abströmleitung ver bunden, so dass die Welle 12 stetig angetrieben wird. Für diese Wirkungsweise ist es nicht unbedingt er forderlich, dass das Stirnende des Zylinders eine Bohrung aufweist, die eine unmittelbare Abstützung des Arbeitsmediums in der Kalotte 14 ermöglicht.
Ebensowenig ist es erforderlich, in dem Druckschuh 20 eine Aussparung 22 vorzusehen. Diese Ausge staltungen erbringen jedoch beachtliche Vorteile in- sofern, als sie es zulassen, mit sehr hohen Drücken des Arbeitsmediums zu arbeiten, d. h. bei kleinen Abmessungen der Anordnung hohe Leistungen zu erzielen. Überdies kann auf Dichtungen 17 bzw. Nu ten 24, 25 verzichtet werden.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Seilwinde ist eine Welle 35 in einem Lagerbock 36 drehfest gehaltert. Auf einem Exzenter 37 der Welle 35 sind unter Ver- mittlung von Nadeln 38 Buchsen 39 drehbar ge lagert, die je mit drei sternförmig in einer Radial ebene liegenden Kolben-Zylinder-Anordnungen 40 der schon im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrie benen Art zusammenwirken.
Das freie Ende der Welle 35 ist als Zapfen 41 ausgebildet, der ein La gerglied für ein im wesentlichen als Rotationskörper ausgestaltetes, anderseits auf dem dem Lagerbock 36 zugewandten Teil der Welle 35 gelagertes Ge häuse 42 dargestellt. In diesem sind die äusseren Enden der Kolben-Zylinder-Anordnungen 40 in der schon im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Art schwingbar kraftschlüssig abgestützt.
Mit der Seitenwand 43 des Gehäuses 42 ist zentrisch zur Achse des Wellenzapfens 41 eine Trommel 44 starr verbunden, die an ihrem freien Ende mit einer Sei tenscheibe 45 ausgerüstet ist und auf einem. Zapfen 46 drehbar lagert, der an einem Lagerbock 47 be festigt ist. Die feststehend angeordnete Welle 35 trägt einen unmittelbar angeformten Bereich 48, der im Zusammenwirken mit einer sinngemässen Ausge staltung der Gehäuseseitenwand 49 einen die Zu teilung des Arbeitsmediums steuernden Drehschieber bildet.
Zu diesem Zweck sind im Bereich 48 der Welle 35 zwei sich in einer gemeinsamen Radial ebene in Umfangsrichtung erstreckende Nuten 50 an gebracht. Diese sind je mit einer das Arbeitsmedium führenden Leitung 51 mittels das Wellenende durch setzender Längsbohrung verbunden. Im Bereich der Nuten 50 sind in der Gehäusewand 49 sich radial erstreckende Bohrungen 52 angeordnet, die dreh lagenabhängig über weitere Bohrungen 53 das Arbeitsmedium für die einzelnen Kolben-Zylinder- Anordnungen zu- und ableiten.
Den Nuten 50 sind überdies Entlastungsnuten 54 nebengeordnet, die derart mit den das Arbeitsmedium führenden Ka nälen verbunden sind, dass dessen Druckunterschiede zwischen der Zuführ- und Abflusseite keine einsei tigen Lagerdrücke erzeugen können.
Der den Fig. 3 und 4 der Zeichnung zugrunde liegende Hydraulikmotor weist ein flach-kastenför- miges Gehäuse 60 auf, das vorzugsweise lösbare Sei tenwände 61 hat. Diesen sind, je in einer Reihe lie gend, kalottenförmige Einsenkungen 62 eingeformt, die je eine Kolben-Zylinder-Anordnung 63 der schon beschriebenen Art aussenendig kraftschlüssig auf nehmen. In den Gehäusestirnwänden 64 und 65 ist eine Welle 66 drehbar gelagert, die Kurbeln bildende, gegeneinander je um 120o in der Umfangsrichtung versetzte Exzenter 67, 68 und 69 trägt.
Gegen diese liegen die Druckschuhe der Kolben-Zylinder-Anord- nungen 63 an, die je paarweise mit einem Exzenter zusammenwirken, und deren äussere Enden einan der in bezug auf die Achse der Welle 66 diametral gegenüberliegen, wobei überdies sämtliche kalotten- förmigen Einsenkungen 62 des Gehäuses in einer gemeinsamen, durch die Achse der Welle 66 geleg ten Ebene angeordnet sind. Damit ergibt sich eine sehr gedrängte Bauart, da das Gehäuse 60 einer nur geringen Höhe bedarf.
Mit der Welle 66 ist durch einen Kupplungsvorsprung 70 ein Drehschieber 71 starr gekuppelt, der in einer Buchse 72 drehbar ist, die fest in einem Gehäuse 73 lagert. Dem Gehäuse 73 werden in Verschraubungen 74 bzw. 75 die das Arbeitsmedium führenden Leitungen angeschlossen. Das Arbeitsmedium strömt durch die Buchse 72 durchsetzende Bohrungen 76 bzw. 77 in Ringkanäle 78 bzw. 79 des Drehschiebers, die durch nicht dar gestellte Längsbohrungen mit etwa halbkreisförmigen Nuten 80 und 81 und diesen zugeordneten Ent lastungsnuten der schon beschriebenen Art verbun den sind.
In der gemeinsamen Umlaufebene der Nu ten 80 und 81 sind in der Buchse 72 über den Um fang verteilt Bohrungen 82 vorgesehen, die über weitere Kanäle 83, 84, 85 mit den Eingangsöffnun- gen der Kolben-Zylinder-Anordnungen verbunden sind. Die Kanäle 83-85 sind dabei so angeordnet, dass sie einander beim Anschliessen des Gehäuse teiles 73 an das Gehäuse 61 unmittelbar ergänzen. Die Steuerung der Maschine ergibt sich insbesondere aus Fig. 4.
Beim Umlauf des Drehschiebers 71 in der Buchse 72 werden nacheinander die einzelnen Kolben-Zylinder-Anordnungen wechselweise mit der Druckflüssigkeitsleitung bzw. der Abflussleitung ver bunden.
Die in Fig. 4 ersichtlichen überschneidun- gen der Leitungen, die sich den Gehäuseteilen nur unter Schwierigkeiten unmittelbar einformen lassen würden, sind gemäss Fig. 3 durch auf der äusseren Mantelfläche der Buchse 72 sinngemäss angeordnete, sich zwischen den Bohrungen 82 und den entspre chenden Gehäusebohrungen erstreckende Nuten ver mieden, so dass die Anordnung der Kanäle inner halb der Gehäuseteile keinerlei Schwierigkeiten be reitet.
Die Erfindung lässt sich sinngemäss auch bei ins besondere Hydraulikzwecken dienenden Pumpen verwirklichen, wenn auch die Anwendung bei Hy- draulikmotoren besondere Vorteile bietet. Abwand lungen sind beispielsweise in dem Sinne möglich, dass an dem Kurbelzapfen bzw. dem den einander zugewandten Enden der Kolben-Zylinder-Anordnun- gen zugeordneten Stützglied die Zylinder der Kol- ben-Zylinder-Anordnungen abgestützt werden, wäh rend die Kolben nach den Aussenseiten gerichtet sind.
Die bedarfsweise veränderlichen Querschnitts verengungen bzw. Kanäle 23 nach Fig. 1 könnten entfallen, d. h. es wäre möglich, die Arbeitsräume der Kolben-Zylinder-Anordnungen ungedrosselt bis zu der Buchse 21 bzw. dem Kurbelzapfen 13 durch laufen zu lassen. Anderseits könnten die Kolben im Bereich ihrer Druckschuhe 20 auch geschlossen sein.
Sinngemäss könnte der Querschnitt der die Zylinder enden durchsetzenden Bohrungen derart begrenzt sein, dass hier nur eine ordnungsgemässe Zu- und Ableitung des Druckmediums erfolgt. Bei Maschinen gemäss den Fig. 1 und 2 könnten mehr oder weniger als drei Kolben-Zylinder-Anordnungen in einer Ra dialebene liegend mit der Welle bzw. dem Stützglied zusammenwirken.
Im übrigen lassen sich jeweils so viele Gruppen von Kolben-Zylinder-Anordnungen hintereinander schalten, dass die geforderte Leistung erzielt wird. Die Kolben-Zylinder-Anordnungen kön nen dabei mit einem oder mehreren Kurbelzapfen zusammenwirken. Die die Zuteilung des Arbeits mediums steuernden Einrichtungen können mannig faltig abgewandelt und bedarfsweise ausserhalb der eigentlichen Maschine untergebracht sein.
Piston machine, in particular for hydraulic drive purposes The invention relates to a piston machine, especially intended for hydraulic drive purposes, with several piston-cylinder assemblies designed as telescopically extendable hollow bodies, each of which rest independently with a pressure shoe against a crank and on the other side in one that encompasses the crank,
are supported swingably relative to the crank axis eccentrically rotatable support body. In a known, for the direct hydraulic drive of a tractor wheel or the like certain piston machine of this type are about axles parallel to the wheel cylinder in the wheel body about radially mounted swingable, in which hydraulically actuated pistons sit with pressure shoes against parts of the outer surface of a abut the wheel eccentrically arranged support member, wherein a sleeve mounted on rollers is connected between the pressure surfaces of the pressure shoes and the support member.
The working medium is fed to the working spaces of the piston-cylinder arrangements through channels which are located on the one hand in the support member and on the other hand on the piston-cylinder arrangements. The form-fitting mounting of the piston-cylinder assemblies provided here on pins extending parallel to the axis of rotation of the assembly requires, in addition to an intricate assembly, a large amount of space for the assembly and only allows low performance.
In addition, the operational safety leaves something to be desired; because the intended transfer of the working medium creates difficulties and also causes a poor degree of efficiency. It is also known to support a star-shaped cylinder block rotatably in a form-fitting manner on a crank, the bores of which run through the bores leading to the pistons up to the crank. The pistons are supported at the outside end by means of piston rods on a housing. Such Ausbildun conditions have practically no importance, because the crank-side sealing of the work spaces is not satisfactory and sufficiently durable.
In addition, assembly is difficult even with such designs. In addition, the joints connecting the pistons to the piston rods are subject to very unfavorable stresses which limit the performance.
The invention is based on the object of creating a piston machine of the type described above, which is durable and highly resilient with a simple and clear structure and provides high performance with little space requirements and also absorbs overloads without placing high demands on the bearing surfaces. According to the invention, this is to be achieved in that the piston-cylinder arrangements are loaded with a force acting in the direction of extension and are held non-positively at both ends in open support bearings.
This enables a very simple and clear structure of the machine with only a few simple parts, in which the piston-cylinder arrangements form independent assemblies that can be installed or removed independently of one another without further assembly work. The operating position of the piston-cylinder arrangements is maintained by the force acting on them in the direction of extension. This can be generated in various ways.
It is, for example, possible to keep the working medium of the machine always under a certain overpressure, which provides the force required for the frictional mounting of the piston-cylinder assemblies, acting in the stretching sense. As a rule, however, it is easier to clamp a spring arrangement that acts in the direction of extension between the piston and cylinder of the piston-cylinder arrangements. A helical compression spring, for example, can be used for this purpose. Instead, however, other resilient members or arrangements could also be seen easily.
The non-positive reception of the ends of the piston-cylinder arrangements facing away from the crank can also be implemented in different ways. For example, the ends of the piston-cylinder arrangements facing away from the crank can be held in cutter bearings or the like.
However, it has been found to be particularly expedient to have the piston-cylinder arrangements rest with their end faces facing away from the crank, each supporting surface allowing a tilting movement. The support surfaces can be curved like cylinders, for example. Instead, it is sometimes more expedient to design the support surfaces and the ordered front ends of the piston-cylinder arrangements to be spherical.
Due to the greater freedom of adjustment that then exists, any dimensional deviations of the parts are more easily compensated, so that larger machining tolerances of the parts are permissible.
The non-positive, but only non-positive support of the end of the piston-cylinder arrangement facing away from the crank also offers the advantageous possibility of significantly reducing the bearing pressure in this area, which is crucial for the durability and resilience of the machine.
For this purpose, it is recommended that the end of the piston-cylinder assemblies facing away from the crank, forming a bearing surface, with a recess that is connected to the working space and leading to a direct support of the working medium on the support surface, is enclosed by the bearing surface Mistake.
In the area of this recess, the working medium then presses directly onto the support surface, i.e. H. there is no mechanical friction that could cause wear. The recess is delimited by the storage area, so that a seal that meets all requirements is created even when it is active.
In a further embodiment of this training, the end of the piston-cylinder assemblies facing away from the crank and the associated support surface can have recesses which together form part of a channel carrying the working medium. This results in the possibility of supplying the working medium to the piston-cylinder arrangement in a very simple and economical manner, with the support pressure being used directly to seal the movable connection.
Analogously, the pressure shoe of the piston-cylinder arrangements can also be connected to the working space to directly support the working medium. on the crank, encompassed by the bearing surface of the pressure shoe.
Then also falls at this end of the piston-cylinder arrangement an un indirect support of the working medium on the crank or a rotatably mounted sleeve in a known manner on this, which reduces the mechanical surface pressure and thus the operationally occurring wear reduced. This is particularly important in the area of the crank-side support of the piston-cylinder arrangements, since considerable speeds occur here when the machine is operated,
which cause either an unfavorable limitation of the working pressure or rapid wear in the comparable prior art piston machines. By directly supporting the working medium, these difficulties are fundamentally eliminated.
In such designs, however, it can be advisable to connect a cross-sectional constriction between the working space of the piston-cylinder arrangements and the recess arranged in the bearing surface of the pressure shoe. It is thus sufficient that in the event of an unintentional lifting of the pressure shoe from the crank in the working area, for example due to incorrect operation of the machine or an error in the supply of the working medium, onto the piston-cylinder arrangement Excess pressure acting in the direction of extension cannot collapse completely.
The operational safety is thus maintained even under unfavorable circumstances.
The area of the recesses in the bearing surfaces of the piston-cylinder arrangements facing or facing away from the crank can be smaller than the area of the working space cross-section in order to achieve a seal by the pressure of the working medium. This gives the possibility of always limiting the mechanical pressure, regardless of the working pressure of the machine, in such a way that, although there is sufficient sealing, the mechanical friction remains below the permissible limits.
The surface loading can be selected to be particularly low if elastic seals are also inserted into the front bearing surfaces. Then even very low pressures are sufficient for a reliable seal.
In addition or instead of this, the tightness can also be improved by forming grooves that encompass the recesses in the end-face bearing surfaces of the piston-cylinder arrangements. The grooves are expediently connected to the pressure-free space by lines. This prevents pressure oil cushions or the like from forming on the sliding surfaces, which could impair the tightness. Such configurations are particularly useful for the running surface of the pressure shoe.
The machine can be designed in various ways. According to a preferred embodiment it is provided that at least two piston-cylinder arrangements supported on the outer ends in a stationary housing in a non-positive manner lie in a common radial plane and cooperate together with a crank of the shaft.
If at least three piston-cylinder arrangements are provided for a crank in such designs, the result is a machine with a largely uniform receptacle for the working medium, which can start automatically from any position. But it is also possible to arrange several groups of piston-cylinder arrangements one behind the other.
In this way, when the machine is designed as a motor, high torques can be generated with little space requirement, or large delivery quantities can be achieved when designed as a pump.
Piston machines that have at least three piston-cylinder assemblies lying in common sam in a radial plane are expediently provided with a housing designed as a rotary body. However, it is also possible to have the piston-cylinder arrangements each work in pairs with a crank, with their ends facing away from the crank being diametrically opposite one another with respect to the shaft.
It is then more favorable to design the housing flat, with particularly small external dimensions. In such machines, several pairs of piston-cylinder arrangements with the same basic longitudinal direction are expediently arranged one behind the other, which interact with cranks which are offset from one another in the direction of rotation.
A preferred embodiment of such a machine provides three cranks which are offset from one another by 1200 each and are each subject to the action of two oppositely directed piston-cylinder arrangements, the supports facing away from the cranks all lie in an axial plane to the shaft. There is still the major advantage here that the bearing loads on the machine shaft remain particularly low.
The piston machines can also be designed differently, as it is possible either to drive a shaft carrying the crank or cranks against a stationary housing or to let the facing ends of the piston-cylinder assemblies rest on the bearing member and to guide the support body, which includes the piston-cylinder assemblies and which holds their outer ends, in an eccentric rotatable manner to the axis of the bearing member.
The latter embodiment is useful insofar as the support body designed as a rotating body can directly form part of an energy-transmitting construction part such as a cable drum or the like. This means that clutches and the like can be dispensed with, so that the machine remains light and clear with high performance and is highly efficient.
It has already been mentioned that it is expedient to supply the working medium to the outer end of the piston-cylinder arrangements that is supported so that it can swing. The control can be done by a rotary valve that is rigidly coupled directly to the rotating part of the machine. Instead, it would also be possible to use a special slide arrangement that rotates synchronously with the machine. A rotary valve assembly coupled directly to the rotating part of the machine is, however, to be preferred as a rule, since it enables the machine to be designed in a particularly clear manner.
For this purpose, the rotary valve assembly and the housing supporting the piston-cylinder assemblies at the outer ends can have molded channels for the working medium, the inputs of which are located in the side surfaces cover each other after the housing parts have been coupled. This means that exposed pipelines or the like are usually completely unnecessary, so that the machine is given a smooth look and damage can hardly occur even under unusual stresses.
The subject of the invention is shown in exemplary embodiments in the drawing. 1 shows a piston machine which can be used in particular as a hydraulic motor, in a partially sectioned view; 2 shows a cable winch with an organically built-in hydraulic motor in longitudinal section; 3 shows a differently designed piston machine in the same representation, and FIG. 4 shows schematically the control of the piston machine shown in FIG. 3.
The piston machine shown in Fig. 1 has a shaft 12 rotatably mounted in side walls 10 of a substantially ring-shaped housing 11, which pin 1, 3 carries a crank designed as an eccentric.
The casing of the housing 11 bears three spherical depressions 14 distributed uniformly over the circumference on the inside, in each of which a cylinder 15 engages with its spherically shaped outer harrow 16. Each cylinder end 16 is bored through longitudinally and carries an elastic seal 17 which surrounds the bore and which lies against the spherical cap 15 in a sealing manner.
In the housing 11 is a ge of bores formed feed channel 18 for the working medium is provided for each piston-cylinder arrangement, which opens into the spherical cap 14. In the cylinder 15, a piston 19 is longitudinally displaceable, the free end of which is supported with a pressure shoe 20 against a preferably on the eccentric 13, with the involvement of rolling elements such as Na deln rotatable bushing 21.
The sliding surface of the pressure shoe 20 comprises a central recess 22 in the form of a ring, which is connected to the working space of the piston-cylinder arrangement via a relatively narrow channel 23. The sliding surface of the pressure shoe 20 are also ringför mig closed grooves 24, 25 -einformt, which are connected via channels 26 with the interior of the housing.
A helical compression spring 29 is connected between a bottom 27 of the piston 19 containing the channel 23 and an annular disk 28 inserted into the cylinder, which is pretensioned in the sense of stretching the piston-cylinder arrangement and the operational position of the two ends is only frictionally through open The bearing-supported piston-cylinder arrangement is maintained even when its working space is depressurized.
Such a spring could be dispensed with if the arrangement can always be kept under a certain overpressure. The size ratio of the sliding surfaces to the breakthroughs or recesses resulting in direct support of the working medium is selected, taking into account the size of the surfaces of the piston on the one hand and the cylinder on the other hand exposed to the pressure of the working medium, so that the mechanical friction is kept below the permissible limit , but a reliable seal is still achieved. The sealing pressure increases with the working pressure, so that a reliable seal is created under all operating conditions.
The cross-sectional constriction connected between the working space of the piston-cylinder arrangement and the recess 22 has the task of causing the working pressure in the piston-cylinder to collapse if the pressure shoe 20 is lifted from the socket 21 by incorrect operation or damage. Rule out the arrangement by limiting the flow of the working medium through the channel 23.
By means of a rotary valve, not shown in detail in the drawing, which may be coupled to the shaft 12, the piston-cylinder arrangements are successively alternately connected to the hydraulic fluid flow and the discharge line so that the shaft 12 is continuously driven. For this mode of operation it is not absolutely necessary that the front end of the cylinder has a bore that enables the working medium to be supported directly in the spherical cap 14.
It is also not necessary to provide a recess 22 in the pressure shoe 20. However, these designs provide considerable advantages insofar as they allow working with very high pressures of the working medium, d. H. to achieve high performance with small dimensions of the arrangement. In addition, seals 17 or grooves 24, 25 can be dispensed with.
In the cable winch shown in FIG. 2, a shaft 35 is held non-rotatably in a bearing block 36. On an eccentric 37 of the shaft 35, with the aid of needles 38, sockets 39 are rotatably superimposed, each of which interacts with three piston-cylinder arrangements 40 of the type already described in connection with FIG. 1, lying in a radial plane in a star shape.
The free end of the shaft 35 is designed as a pin 41, which is a La gerglied for a substantially designed as a rotational body, on the other hand, mounted on the part of the shaft 35 facing the bearing block 36 Ge housing 42 shown. In this, the outer ends of the piston-cylinder arrangements 40 are supported in the manner already described in connection with FIG.
With the side wall 43 of the housing 42, a drum 44 is rigidly connected to the axis of the shaft journal 41, which is equipped at its free end with a Be tenscheibe 45 and on one. Pin 46 is rotatably supported, which is fastened to a bearing block 47 BE. The fixedly arranged shaft 35 carries a directly molded area 48 which, in cooperation with an analogous configuration of the housing side wall 49, forms a rotary valve controlling the distribution of the working medium.
For this purpose, two grooves 50 extending in a common radial plane in the circumferential direction are placed in the region 48 of the shaft 35. These are each connected to a line 51 carrying the working medium by means of the shaft end through a longitudinal bore. In the area of the grooves 50 in the housing wall 49 radially extending bores 52 are arranged, which depending on the position of rotation via further bores 53 supply and discharge the working medium for the individual piston-cylinder arrangements.
The grooves 50 are also arranged alongside relief grooves 54, which are connected to the ducts carrying the working medium in such a way that its pressure differences between the supply and discharge side cannot generate unilateral bearing pressures.
The hydraulic motor on which FIGS. 3 and 4 of the drawing are based has a flat, box-shaped housing 60, which preferably has detachable walls 61. These are, each lying in a row, dome-shaped depressions 62 formed, which each take a piston-cylinder arrangement 63 of the type already described on the outside end non-positively. A shaft 66 is rotatably mounted in the housing end walls 64 and 65 and carries eccentrics 67, 68 and 69 that form cranks and are offset from one another by 120 ° in the circumferential direction.
Against this, the pressure shoes of the piston-cylinder arrangements 63 rest, each of which interacts in pairs with an eccentric, and the outer ends of which are diametrically opposed to one another with respect to the axis of the shaft 66, with all of the dome-shaped depressions 62 of the Housing in a common, through the axis of the shaft 66 laid th plane are arranged. This results in a very compact design, since the housing 60 requires only a small height.
A rotary slide valve 71 is rigidly coupled to the shaft 66 by a coupling projection 70 and is rotatable in a bushing 72 which is fixedly mounted in a housing 73. The lines carrying the working medium are connected to the housing 73 in screw connections 74 and 75, respectively. The working medium flows through the bushing 72 penetrating holes 76 and 77 in annular channels 78 and 79 of the rotary valve, which are verbun through not is provided longitudinal bores with approximately semicircular grooves 80 and 81 and these associated Ent lastungsnuten of the type already described are the.
In the common circumferential plane of the grooves 80 and 81, bores 82 are provided in the bush 72 distributed over the circumference and are connected to the inlet openings of the piston-cylinder arrangements via further channels 83, 84, 85. The channels 83-85 are arranged in such a way that they complement one another directly when the housing part 73 is connected to the housing 61. The control of the machine results in particular from FIG. 4.
As the rotary valve 71 rotates in the socket 72, the individual piston-cylinder arrangements are alternately connected to the hydraulic fluid line or the drain line.
The overlapping of the lines visible in FIG. 4, which would be difficult to mold directly into the housing parts, are shown in FIG. 3 by being arranged on the outer surface of the socket 72 between the bores 82 and the corresponding housing bores Avoiding extending grooves so that the arrangement of the channels within the housing parts does not cause any difficulties.
The invention can also be implemented in the same way with pumps which are used in particular for hydraulic purposes, even if their use in hydraulic motors offers particular advantages. Modifications are possible, for example, in the sense that the cylinders of the piston-cylinder arrangements are supported on the crank pin or on the support member associated with the facing ends of the piston-cylinder arrangements, while the pistons are on the outside are directed.
The cross-sectional constrictions or channels 23 according to FIG. 1, which can be changed if necessary, could be omitted; H. it would be possible to let the working spaces of the piston-cylinder assemblies run unthrottled up to the socket 21 or the crank pin 13. On the other hand, the pistons could also be closed in the area of their pressure shoes 20.
Correspondingly, the cross section of the bores penetrating the cylinder ends could be limited in such a way that only a proper supply and discharge of the pressure medium takes place here. In the case of machines according to FIGS. 1 and 2, more or less than three piston-cylinder arrangements in a radial plane lying in a Ra could interact with the shaft or the support member.
In addition, so many groups of piston-cylinder arrangements can be switched one behind the other that the required performance is achieved. The piston-cylinder arrangements can cooperate with one or more crank pins. The devices controlling the allocation of the working medium can be varied in many folds and, if necessary, housed outside the actual machine.