DE1126330B

DE1126330B - Hydraulic piston engine

Info

Publication number: DE1126330B
Application number: DE1958P0021745
Authority: DE
Inventors: Clemens Ryzner
Original assignee: Paul Pleiger Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Paul Pleiger Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 1958-11-19
Filing date: 1958-11-19
Publication date: 1962-03-22

Description

Hydraulischer Schubkolbenmotor Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schubkolbenmotor für niedrige Drehzahlen, beispielsweise einen Windenantriebsmotor.Hydraulic piston engine The invention relates to a hydraulic one Thrust piston motor for low speeds, for example a winch drive motor.

Hydraulische Motoren haben in den letzten Jahren durch ihre einfache Regelung und Umkehrbarkeit der Drehrichtung in der Technik immer mehr Verwendung gefunden, wobei aber bekannte Bauarten bei niedrigen Drehzahlen erhebliche Nachteile aufweisen. So spielt der hydraulische Zahnradmotor nur eine ganz untergeordnete Rolle, da der Wirkungsgrad infolge des großen Schlupfes bei verminderter Drehzahl und zunehmender Öltemperatur sehr schlecht ist.Hydraulic motors have gotten better in the last few years due to their simple Regulation and reversibility of the direction of rotation are used more and more in technology found, but known designs at low speeds significant disadvantages exhibit. The hydraulic gear motor, for example, only plays a subordinate role Role because the efficiency due to the large slip at reduced speed and increasing oil temperature is very bad.

Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform, einem Treibschieber-Drehkolbenmotor, wird der Bau nur in kleineren Abmessungen mit höheren Drehzahlen empfohlen, da hierbei kleinere Umfangsflächen abzudichten und somit die Schlupfverluste geringer sind.In another known embodiment, a rotary piston engine, the construction is only recommended in smaller dimensions with higher speeds, because this to seal smaller circumferential surfaces and thus the slip losses are lower.

Auch eine weitere bekannte Ausführungsform, der Radialkolbenmotor, eignet sich nicht für niedrige Drehzahlen, da der Hebelarm des Motors, an dem das Drehmoment erzeugt wird, sehr klein ist, wodurch sich unregelmäßige Drehbewegungen und ein schlechter Wirkungsgrad ergeben.Another known embodiment, the radial piston motor, is not suitable for low speeds, as the lever arm of the motor on which the Torque generated is very small, causing irregular rotational movements and result in poor efficiency.

Etwas günstiger liegen die Verhältnisse bei bekannten Axialkolbenmotoren mit sechs und mehr achsparallelen Kolben, die auf Schrägflächen der Welle oder des Gehäuses wirken. Dieser Motor besteht aber aus einer Vielzahl komplizierter Bauelemente und hat eine ungünstige Druckölzu- und -abführung.The situation in known axial piston motors is somewhat more favorable with six or more axially parallel pistons, which are mounted on inclined surfaces of the shaft or the Housing act. However, this engine consists of a large number of complicated components and has an unfavorable pressure oil supply and discharge.

Außerdem dürfen bei allen hydraulischen Kolbenmotoren nur hochwertige Drucköle verwandt werden. Es sind auch schon hydraulische Schubkolbenmotoren bekanntgeworden, bei welchen ein Kolben in einem Zylinder unverdrehbar, axial verschiebbar und abgedichtet angeordnet ist, wobei der Kolben durch hydraulischen Druck mittels eines Schraubtriebes eine Welle dreht. Durch die Schrägflächen der Gewindeflanken wird die Längsbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Welle umgewandelt.In addition, only high-quality Pressure oils are used. Hydraulic piston engines have also become known, in which a piston is non-rotatable, axially displaceable and sealed in a cylinder is arranged, the piston by hydraulic pressure by means of a screw drive a shaft turns. The longitudinal movement is due to the inclined surfaces of the thread flanks of the piston is converted into a rotary movement of the shaft.

Ferner ist es zur Erzielung einer Drehbewegung mit unbegrenztem Drehwinkel bekannt, die Welle mit sich kreuzenden, gegenläufigen Gewindegängen zu versehen, wobei beim Hin- und Hergang des Kolbens in diesem angeordnete, unter Federspannung stehende, von außen mittels einer Steuerstange steuerbare Bolzen in die linksgängigen bzw. rechtsgängigen Gewindegänge der Welle wechselweise eingreifen. Hierbei wird zwar eine Drehbewegung mit unbegrenzten Drehbewegungen erzielt, die aber nicht kontinuierlich ist, da der Kolben beim Wechseln der Bewegungsrichtung im Totpunkt stillsteht. Ferner bestehen auch bei diesen Ausführungsformen von hydraulischen Schubkolbenmotoren erhebliche Abdichtungsschwierigkeiten, insbesondere bei der durch die Stirnwände des Zylinders und eventuell durch den Kolben greifenden Steuerstange, mit welcher auch gleichzeitig der Kolben gegen Verdrehung festgelegt werden kann. Außerdem sind große Axiallager zur Aufnahme der auf die Welle wirksamen Axialkräfte erforderlich.It is also used to achieve a rotary movement with an unlimited angle of rotation known to provide the shaft with intersecting, opposing threads, wherein the piston is arranged in this, under spring tension, when the piston moves back and forth standing bolts, controllable from the outside by means of a control rod, into the left-handed ones or right-hand threads of the shaft intervene alternately. Here is a rotary movement with unlimited rotary movements is achieved, but it is not continuous is because the piston stops at dead center when changing the direction of movement. Further exist also in these embodiments of hydraulic piston engines considerable sealing difficulties, especially with the one through the end walls of the cylinder and possibly through the piston engaging control rod with which the piston can also be set against rotation at the same time. Also are large axial bearings are required to absorb the axial forces acting on the shaft.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es nun, einen hydraulischen Schubkolbenmotor mit einem Zylinder zur drehbaren Lagerung einer diesen axial durchdringenden Antriebswelle für niedrige Drehzahlen und mit kontinuierlichen Drehbewegungen zu schaffen, wobei der Kolben im Zylinder unverdrehbar auf der Abtriebswelle gelagert ist und beim Längsverschieben über Schrägflächen der Antriebswelle diese in Umdrehung versetzt, bei welchem aber Mängel bekannter Ausführungsformen vermieden werden.The object of the present invention is now to provide a hydraulic piston engine with a cylinder for the rotatable mounting of a drive shaft axially penetrating it for low speeds and with continuous rotary movements, whereby the piston in the cylinder is non-rotatably mounted on the output shaft and at Longitudinal displacement over inclined surfaces of the drive shaft offset this in rotation, but in which shortcomings of known embodiments are avoided.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Schrägflächen die Zahnflanken von einander gegenüberliegenden Stirnverzahnungen mehrerer Kolben und von Stirnzahnscheiben der Abtriebswelle sind, die derart gegeneinander versetzt sind, daß bei gesteuerter Beaufschlagung der Kolben in abgestimmter Reihenfolge nacheinander die Flanken der Stirnverzahnungen aufeinandergleiten und sich in Umfangsrichtung gegeneinander verschieben.This object is achieved in that the inclined surfaces are the tooth flanks of opposing spur gears of several pistons and of spur toothed disks the output shaft, which are offset from one another in such a way that when controlled Acting on the piston in a coordinated sequence, the flanks of the Spur gears slide on each other and move in the circumferential direction move against each other.

Bei dieser Ausführungsform eines hydraulischen Schubkolbenmotors wird mit einfachsten Mitteln im Gegensatz zu den @ sonst ' üblichen hydraulischen Motoren bei günstigsten Gesamtbaumaßen eine erheblich größere Kolbenfläche beaufschlagt und somit eine höhere Leistung erzielt. Außerdem können Schlupfverluste infolge mangelhafter Abdichtung nicht auftreten, da der axial verschiebliche Kolben im Zylinder und auf der Welle mit üblichen Dichtungen bei niedrigen Drehzahlen und höchsten Drücken gut abgedichtet werden kann.In this embodiment, a hydraulic piston engine is with the simplest means in contrast to the usual hydraulic motors with the most favorable overall dimensions, a considerably larger piston area is applied and thus achieve a higher performance. In addition, there can be slip losses as a result Inadequate sealing does not occur because of the axially displaceable piston in the cylinder and on the shaft with usual seals at low speeds and highest Press can be sealed well.

Jeweils zwei Kolben sind auf den einander abgekehrten Stirnseiten mit Verzahnungen versehen, und die Stirnverzahnungen der äußeren Kolben sind nach außen gerichtet.There are two pistons on each of the faces facing away from one another provided with teeth, and the spur teeth of the outer pistons are after directed outwards.

Die mittlere Stirnzahnscheibe und eine ebenfalls auf der Welle befestigte Trennscheibe sind zentrisch im Zylinder angeordnet und am Umfang mit Dichtungen zur Trennung der Druckmittelräume der Kolben versehen.The middle spur toothed disk and one also attached to the shaft Cutting disks are arranged centrally in the cylinder and with seals on the circumference to separate the pressure medium spaces of the pistons.

Durch die Anordnung der mittleren Stirnzahnscheibe und der Trennscheibe auf der Welle wird infolge des stets allseitig wirkenden Öldruckes der auftretende Axialschub im Querschnittsverhältnis der beaufschlagten Flächen der Kolben und Scheiben von der Welle selbst aufgenommen, wodurch der Einbau billiger und einfacher Wellenlager möglich ist.Due to the arrangement of the middle spur toothed disk and the cutting disk The oil pressure that occurs on the shaft is due to the oil pressure that is always acting on all sides Axial thrust in the cross-section ratio of the surfaces of the pistons and disks acted upon absorbed by the shaft itself, making the installation of cheaper and easier shaft bearings is possible.

Bei Anordnung von z. B. drei axial verschieblichen Kolben wird durch die gegeneinander verdreht auf der Welle befestigten _ Stirnzahnscheiben um jeweils ein Drittel der Zahnteilung auch bei niedrigsten Drehzahlen eine gleichförmige Drehbewegung erzielt. Die einstückige Ausführung der Kolben mit den ihnen zugeordneten Stirnverzahnungen sowie der mittleren Stirnzahnscheibe, die dem mittleren Kolben zugeordnet ist, gestattet die Gesamtbaumaße des Motors bei größter Leistung erheblich zu verringern. Außerdem werden Material und Herstellungskosten eingespart.When arranging z. B. three axially displaceable piston is through the spur toothed disks, which are rotated against each other and fastened on the shaft, by a third of the tooth pitch a uniform rotary movement even at the lowest speeds achieved. The one-piece design of the pistons with the spur gears assigned to them as well as the middle spur toothed disk which is assigned to the middle piston to significantly reduce the overall dimensions of the engine with maximum power. aside from that material and manufacturing costs are saved.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der an den Enden der Welle angeordneten, nach außen wirksamen Kolbenanordnung, wodurch sich eine weitere Verminderung des Axialschubes auf die Lager ergibt. Auch erübrigt sich dabei eine besondere Abdichtung des Zylinders. Schließlich ist die Betätigung der vorgeschalteten Steuereinrichtung für die den einzelnen Kolben zugeordnete Druckmittelzu- und -abführung dadurch gekennzeichnet, daß die Welle an einem Ende eine Nockenscheibe trägt, deren Nocken eine Umsteuereinrichtung für die Kolben betätigen.Another advantage results from the arranged at the ends of the shaft, outwardly effective piston arrangement, whereby a further reduction of the Axial thrust on the bearing results. There is also no need for a special seal of the cylinder. Finally, there is the actuation of the upstream control device for the pressure medium supply and discharge assigned to the individual pistons, that the shaft carries a cam disk at one end, the cam of which is a reversing device press for the pistons.

Hierdurch erfolgt eine rechtzeitige Beaufschlagung der einzelnen Kolben durch das Druckmittel stets synchron mit der Drehzahl.This means that the individual pistons are acted upon in good time by the pressure medium always synchronous with the speed.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Schubkolbenmotors nach der Erfindung im Längsschnitt dargestellt.In the drawing is an embodiment of a hydraulic piston engine shown according to the invention in longitudinal section.

Der hydraulische Schubkolbenmotor besteht aus einem Zylinder 1, der aus Montagegründen dreigeteilt ist, wobei die Stirnseiten durch lösbare Stirnwände 2 und 3 verschlossen sind. Im Zylinder 1 ist eine Abtriebswelle 4 in Wälzlagern 5 und 6 gelagert. Auf der Welle 4 sind drei Kolben 7, 8, 9 längsverschiebbar mit Abstand voneinander angeordnet. Eine exzentrische Anordnung der Zylinderbohrung 10 verhindert ein Verdrehen der Kolben 7, 8, 9 im Zylinder 1. Zwischen den Kolben 7, 8, 9 befinden sich in zentrischen Bohrungen 11 des Zylinders 1 Scheiben 12 und 13, die auf der Welle 4 befestigt sind und an deren Bund 14 anliegen.The hydraulic piston engine consists of a cylinder 1, which is divided into three parts for assembly reasons, the end faces being closed by detachable end walls 2 and 3. In the cylinder 1, an output shaft 4 is supported in roller bearings 5 and 6. On the shaft 4 three pistons 7, 8, 9 are arranged longitudinally displaceable at a distance from one another. An eccentric arrangement of the cylinder bore 10 prevents the pistons 7, 8, 9 from rotating in the cylinder 1. Between the pistons 7, 8, 9 there are disks 12 and 13 in central bores 11 of the cylinder 1, which are attached to the shaft 4 and on the federal government 14 are applied.

Die Kolben 7, 8, 9 haben Stirnverzahnungen 15, 16 und 17 mit schrägen Gleitflanken, die mit gegenüberliegenden Stirnverzahnungen 20 a, 18 und 21 a von Stimzahnscheiben 20, 12 und 21 der Welle 4 zusammenarbeiten. Der Stirnverzahnung 16 des Kolbens 8 ist der Stirnverzahnung 18 der Stirnzahnscheibe 12 zugeordnet, die auf der Welle 4 mittels eines Keils 19 befestigt ist.The pistons 7, 8, 9 have spur teeth 15, 16 and 17 with bevels Sliding flanks with opposing spur teeth 20 a, 18 and 21 a of Toothed pulleys 20, 12 and 21 of shaft 4 work together. The spur gear 16 of the piston 8 is assigned to the spur toothing 18 of the spur toothed disk 12, which is fastened on the shaft 4 by means of a wedge 19.

Die mit den Stirnverzahnungen 15 und 17 der Kolben 7 und 9 zusammenwirkenden Stirnverzahnungen 20 a und 21 a sind an den Stimzahnscheiben 20 und 21 angeordnet, die mittels Längskeilverzahnungen 22 auf der Welle 4 befestigt sind. über die Welle 4 sind im Bereich der Kolben 7 und 9 zwischen die Scheiben 12 und 20 sowie 13 und 21 Abstandhülsen 23 übergeschoben. Dadurch sind einerseits gleiche Druckmittelräume vor den Kolben 7, 8, 9 geschaffen, und andererseits können die beiderseits anschließenden Scheiben 12 und 13, die Stirnzahnscheiben 20 und 21 sowie die Wälzlager 6 und eine auf die Keilverzahnung 23 aufgeschobene Nockenscheibe 24 mittels auf die Enden der Welle 4 aufgeschraubter und gesicherter Muttern 25 festgeschraubt werden. Zur Verminderung des Axialschubs sind die Kolben 7 und 9 in ihrer Wirkungsrichtung jeweils nach außen gerichtet. Um eine gleichförmige Drehbewegung zu erhalten, ohne daß Schwungmassen erforderlich sind, sind die drei Stirnverzahnungen 18, 20 a, 21 a um jeweils ein Drittel der Zahnteilung gegeneinander verdreht angeordnet. Die Steuerung der Druckmittelzu- und -abführung erfolgt durch eine vorgeschaltete Umsteuereinrichtung 26, die durch einen Stößel 27 mit einer Laufrolle 28, welche bei der Drehung der Welle 4 auf der Nockenscheibe 24 abrollt, gesteuert wird, wobei die Nocken derart angeordnet sind, daß die Beaufschlagung der einzelnen Kolben 7, 8, 9 synchron mit der Drehbewegung der Welle 4 verläuft. Die Umsteuereinrichtung 26 ist mit den Druckräumen vor den Kolben 7, 8, 9 durch in die drei Anschlußstutzen 29 eingeschraubte Rohrleitungen verbunden. Zur Kraftabgabe ist die Welle 4 über die Stirnwand 3 des Zylinders 1 hinaus verlängert. Sie kann natürlich auch beidseitig verlängert sein.The cooperating with the spur teeth 15 and 17 of the pistons 7 and 9 Front teeth 20 a and 21 a are arranged on the front tooth disks 20 and 21, which are fastened to the shaft 4 by means of longitudinal splines 22. over the wave 4 are in the area of the pistons 7 and 9 between the disks 12 and 20 and 13 and 21 spacer sleeves 23 pushed over. As a result, there are on the one hand the same pressure medium spaces created in front of the piston 7, 8, 9, and on the other hand, the two sides can connect Disks 12 and 13, the toothed face disks 20 and 21 and the roller bearings 6 and one on the spline 23 pushed cam disk 24 by means of the ends of the Shaft 4 screwed and secured nuts 25 are screwed tight. To reduce of the axial thrust, the pistons 7 and 9 are each outward in their direction of action directed. To obtain a uniform rotary motion without centrifugal masses are required, the three spur gears 18, 20 a, 21 a to each one Third of the tooth pitch arranged rotated against each other. The control of the pressure medium supply and discharge takes place through an upstream reversing device 26, which is carried out by a plunger 27 with a roller 28, which when the shaft 4 rotates on the Cam disk 24 rolls, is controlled, the cams being arranged in such a way that that the application of the individual pistons 7, 8, 9 synchronously with the rotary movement the shaft 4 runs. The reversing device 26 is with the pressure chambers in front of the Pistons 7, 8, 9 through pipes screwed into the three connecting pieces 29 tied together. For power output, the shaft 4 is above the end wall 3 of the cylinder 1 extended beyond. It can of course also be extended on both sides.

Wird beim Anfahren des Motors der Kolben 7 mit Druckmittel, beispielsweise Öl, zuerst beaufschlagt, so verschiebt er sich zur zugeordneten Stirnzahnscheibe 20 hin, wobei die schrägen Flanken der Stirnverzahnungen 15 und 20a aufeinandergleiten. Da der Kolben 7 gegen Verdrehung gesichert ist, wird die Stiruzahnscheibe 20 und somit die Welle 4 zwangläufig in Umfangsrichtung abgedrängt. Nun schaltet die Umsteuereinrichtung 26 um und beaufschlagt den Kolben 8 und entlastet zugleich den Druckraum des Kolbens 7. Bei der Weiterdrehung der Welle 4 durch den gleichen Vorgang bei Beaufschlagung des Kolbens 8 drücken die schrägen Flanken der dem Kolben 7 zugeordneten Stirnverzahnung 15 den Kolben 7 wieder in die Ausgangsstellung zurück usf.When starting the engine, the piston 7 with pressure medium, for example When oil is applied first, it shifts to the associated spur toothed disk 20 out, wherein the inclined flanks of the spur teeth 15 and 20a slide on each other. Since the piston 7 is secured against rotation, the toothed disc 20 and thus the shaft 4 inevitably displaced in the circumferential direction. The reversing device now switches 26 to and acts on the piston 8 and at the same time relieves the pressure chamber of the piston 7. When the shaft 4 continues to rotate by the same process when it is applied of the piston 8 press the inclined flanks of the spur toothing assigned to the piston 7 15 the piston 7 back into the starting position and so on.

Die Drehzahl und das Drehmoment sind durch die Veränderung des Steigungswinkels der schrägen Flanken der Stirnverzahnungen 15, 16, 17, 18, 20 a, 21a variierbar.The speed and the torque are due to the change in the pitch angle the inclined flanks of the spur gears 15, 16, 17, 18, 20 a, 21a can be varied.

Bei Änderung der Drehrichtung erfolgt die Beaufschlagung beispielsweise zuerst beim Kolben 9, was durch einen vorgeschalteten Vierwegschieber erzielbar ist.When the direction of rotation is changed, the application takes place, for example first at piston 9, what by an upstream four-way slide is achievable.

Der Motor kann sowohl in Fuß- als auch in Flanschausführung gebaut werden. Er kann beispielsweise mit einem Drehmoment von 350 bis 3000 mkg bei 120 kg/cm2 Öldruck bis maximal 100 U/min ausgelegt werden.The motor can be built in foot or flange design will. It can, for example, with a torque of 350 to 3000 mkg at 120 kg / cm2 oil pressure up to a maximum of 100 rpm.

Es ergeben sich so z. B. folgende Auslegungen: Drehmoment Md = 350 mkg bei 120 kg/cm2 Öldruck und maximal 100 U/min. Drehmoment Md = 800 mkg bei 120 kg/cm2 Öldruck und maximal 100 U!min. Drehmoment Md = 1600 mkg bei 120 kg/cm2 Öldruck und maximal 100 U/min. Drehmoment Md = 3000 mkg bei 120 kg/cm2 Öldruck und maximal 100 U/min. Damit ist aber der Verwendungsbereich des Motors keineswegs begrenzt.There are thus z. B. the following interpretations: Torque Md = 350 mkg at 120 kg / cm2 oil pressure and a maximum of 100 rpm. Torque Md = 800 mkg at 120 kg / cm2 oil pressure and a maximum of 100 rpm. Torque Md = 1600 mkg at 120 kg / cm2 oil pressure and a maximum of 100 rpm. Torque Md = 3000 mkg at 120 kg / cm2 oil pressure and a maximum of 100 rpm. However, this in no way limits the range of applications for the engine.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Hydraulic thrust piston motor for low speeds, for example a winch drive motor, the piston of which is mounted in the cylinder in a non-rotatable and longitudinally displaceable manner on the output shaft and, when it is longitudinally displaced over inclined surfaces of the output shaft, sets it in rotation, characterized in that the inclined surfaces meet the tooth flanks of opposing spur gears ( 15, 16, 17, 18, 20a, 21a) of several pistons (7, 8, 9) and of spur toothed disks (12, 20, 21) of the output shaft (4), which are offset from one another in such a way that when the piston is acted upon in a controlled manner (7, 8, 9) the flanks of the spur gears slide one after the other in a coordinated order and slide against one another in the circumferential direction.

2. Motor according to claim 1, characterized in that two pistons (8, 9) are provided on the opposite end faces with teeth (16 , 17) and the end teeth (15, 17) of the outer pistons (7, 9) are directed outside.

3. Motor according to claim l., Characterized in that that the middle spur toothed disc (12) and one also attached to the shaft (4) Cutting disk (13) arranged centrally in the cylinder (1) and with seals on the circumference to separate the pressure medium chambers of the pistons (7, 8, 9) are provided.

4. Motor according to claims 1 to 3, characterized in that the shaft (4) carries a cam disk (24 ) at one end, the cams of which actuate a reversing device (26) for the pistons (7, 8, 9). Considered publications: German Patent Specifications Nos. 424 867, 629 117, 628 892; Swiss patent specification No. 327 861.