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Pneumatisch oder hydraulisch arbeitende Kolbenmaschine Die Erfindung
bezieht sich auf eine pneumatisch oder hydraulisch arbeitende Kolbenmaschine mit
zwei kreisförmig schwingenden Kolben und betrifft eine derartige Maschine, bei der
die entsprechend gebogenen Büchsen der einfach wirkenden Zylinder mit einem kreissegmentförmigen
Mittelteil in Verbindung stehen und die Kolben an einem ankerförmigen, um eine Achse
schwenkbaren Hebel befestigt sind.
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Hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagte Kolbenmaschinen haben insbesondere
für kleine Winkelgeschwindigkeiten bei einer hin- und hergehenden Bewegung gegenüber
anderen Antriebseinrichtungen erhebliche Vorteile. Sie sind im Aufbau relativ einfach,
ermöglichen eine verlustlose Regelung der Winkelgeschwindigkeit von Null bis zum
Höchstwert und können bei kleinen Abmessungen entsprechend der Höhe, des Arbeitsmitteldruckes
erhebliche Kräfte übertragen. Sie sind ferner an keinen Größenbereich. g Cr ebunden,
sondern können von sehr kleinen Antrieben, z.B. Scheibenwischennotoren für Kraftfahrzeuge,
bis zu sehr großen Antrieben, z. B. für Rüh-r werke im chemischen Apparatebau, ohne
nennenswerte Änderung des Konstruktionsprinzips Anwendung finden. Sie haben weiter
den Vorzug eines einfachen Aufbaues und eines nahezu wartungsfreien Betriebes. Insbesondere
in der chemischen Industrie sind pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagte Antriebe
weg ,en des funkenfreien Arbeitens und der damit verbundenen Verwendungsmöglichkeit
in explosionsgefährdeten Räumen höchster Gefahrenstufe anderen Antrieben vorzuziehen.
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Es sind pneumatisch beaufschlagte Kolbenmotore bekannt, bei denen
ein Doppelkelben in einem ringförmigen Zylinderraum über ein selbsttätig arbeitendes
Steuerorgan beaufschlagt hin- und herbewegt wird. Bei dieser Ausführungsfonn werden
die rinförinigen Zylinder durch zwei längs zweier einander gegenüberliegender Mantellinien
getrennte Gehäusehälften gebildet. Dabei hat sich jedoch gezeigt, daß die zwischen
den beiden Zylinderhälften liegenden Nähte zu Betriebsstörungen führen, da sie nur
schwer abzudichten sind und nicht zu vermeidende Längskanten zu einer raschen Abnutzung
der Kolbenmanschetten führen.
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Es ist ferner eine hydraulisch beaufschlagte Kolbenmaschine bekannt,
bei welcher kreissegmentfönnige Zylinder mit einem rohrförmigen Mittelteil fest
verbunden sind.
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Diese Anordnung genügt bei dem für die, bekannte Vorrichtung vorgesehenen
Verwendungszweck als Waschma,schinenmoter, der eine relativ geringe Leistung aufzubringen
hat und mit Leitungswasser, d. h. mit einem maximalen Druck nicht über
6 atü, beaufschlagt wird. Der Vorteil von hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagten
Kolbenkraftniaschinen liegt aber gerade darin, daß durch Beaufschlagung mit entsprechend
hohen Drücken, z. B. mit Druckwasser oder Dracköl, bis zu 300 atü, mit einem
sehr kleinen Motor außerordentlich große Leistungen erzielt werden können. Dabei
treten bei Maschinen mit ringförmigen Zylindern ganz erhebliche Belastungen durch
die unterschiedliche Druckwirkung auf Innen-und Außenumfang und die damit verbundene
Verforinung des Ringes auf. Diese Verformung führt insbesondere bei der zuletzt
genannten bekannten Ausführungsforin zu einer erheblichen Beanspruchung der Verbindung
zwischen den Zylindern und dem Mittelteil.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine pneumatisch oder hydraulisch
beaufschlagte Kolbenmaschine zu schaffen, die auch mit höchsten Drücken betrieben
werden kann und daher bei kleinster Ab-
messung eine außerordentlich große
Leistung abgibt und die dabei von Null bis zur Höchstleistung ohne Schwierigkeit
stufenlos regelbar ist. Dabei ist es, ferner Aufgabe der Erfindung, die Verwendung
von neuartigen Werkstoffen, insbesondere z. B. Kunststoffen, auch bei hohen Drücken
zu ermöglichen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zylinder
an ihrem einen Ende an dem Mittelteil dadurch gehalten sind, daß Ansätze mit einem
der Zylinderbährung entsprechenden Querschnitt an dem Mittelteil vorgesehen sind#
die in die Zylinderbohrungen hineinragen und auf denen sich die Zylinder unter Zwischenlage
von Dichtungsringen
quer zur Zylinderachse abstützen. Durch diese
er-Imdungsgemäße Anordnung wird einmal die auf den Zylinderboden wirkende Kraft
von einem festen, nicht bewegten Bauteil, nämlich dem kreisseginentförmigen Mittelteil
aufgenommen, und zum anderen kann der Zylinder der Kraft, welche, sich durch den
Druck in #Terbindung mit dein Kolbenweg ständig ändert und eine Streckung des Kreissegments
bewirkt, in den erforderlichen Grenzen nachgeben. Durch die erfindungsgemäße Anordnung
ist es möglich, auch bei hohen Drücken relativ weiche, aber abriebfeste und chemisch
widerstandsfähige Werkstoffe, z. B. armierte Polyester, zu verwenden.
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Vorzugsweise sind an dem kreissegmentförmigen Mittelteil in an sich
bekannter Weise die Steuerorgane angeordnet, g und/oder die Achse des Kolbens in
an dem kreisseginentformigen Mittelteil gelagert.
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Durch diese erfindungsgemäße Anordnung werden kurze direkte Verbindungskanäle
zwischen dem Steuerorgan und dem Teil des Zylinders, in den sie führen müssen, möglich,
und die übertragungskräfte zwischen Zylinderboden und Kolbenboden werden im wesentlichen
in einem aus einem Stück bestehenden Bauteil aufgenommen.
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Die Steuerung der Arbeit#mittelzufiihrung erfolgt vorzugsweise durch
einen Doppelkolben zur Umsteuerung des Arbeitsmittels beim Wechsel der Beaufschlagung
des Arbeitskolbens, wobei jede der Stirnflächen des Steuerkolbens aus
je einem der Zy-
linder in einer Endstellung des Arbeitskolbens, beaufschlagt
und dadurch ini Steuerzylinder verschoben wird, wobei durch die vom Mittelteil des
Steuerkolbens gebildete Steuerkammer der Fluß des Arbeitsmittels von der Zuleitung
in den anderen Arbeitszylinder umgeleitet wird, während der nicht beaufschlag "te
Arbeitszylinder nach einem kurzen Kolbenweg über den Steuerbeaufschlagungskanal
und den Steuerkanal mit der Atmosphäre verbunden ist.
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Der Antrieb wird durch Arretierung des Steuerkolbens stillgesetzt
bzw. durch Freigabe dieser Arretierung in Betrieb gesetzt. Wenn der Motor seine
Bewegung jeweils in einer der Endstellungen des Arbeitskolbens beenden soll, kann
die Steuerkammer auf dem ganzen Weg des Steuerkolbens jeweils mit einem der beiden
Beaufschlagungskanäle verbunden werden und der Steuerkolben in einer seiner Endstellungen
arretierbar sein. Wenn dagegen die Haltstellung in einer beliebigen Stellung des
Arbeitskolbens liegen kann, kann die Steuerkammer in einem mittleren Abschnitt des
Steuerkolbenweges mit keinem der Beaufschlagungskanäle in Verbindung stehen und
der Steuerkolben in dieser mittleren Stellung arretierbar sein. Die Arretierung
des Steuerkolbens kann durch einen mit ihm verbundenen, durch beliebige mechanische
Mittel von außen verstellbaren Umsteuerkolben erfolgen.
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Um die durch die Konstruktion der Antriebseinrichtung bestimmte Bewegung
des Arbeitskolbens in eine beliebige Antriebsbewegung zu übertragen, können mit
dem Arbeitskolben beliebige bekannte kinematische Einrichtungen so verbunden sein,
daß dem Abtriebsorgan eine vorbestimmte Bewegung übertragen wird.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der i Zeichnungen an einem
Ausführungsbeispiel eines Scheibenwischerantriebes für Kraftfahrzeugantriebe erläutert.
Es zeigt Fig. 1 in der linken Hälfte einen Schnitt in der Mittelebene senkrecht
zur Wischerwelle und in der rechten Hälfte eine Draufsicht auf den Motor mit abgehobenem
Gehäusedeckel, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Symmetrieachse des Motors, Fig.
3 eine schematische Darstellung der Steuerung des Beaufschlagungsmediums.
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Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Motor weist ein aus zwei Teilen
1, 2 bestehendes Gehäuse auf. Die beiden Hälften des Gehäuses sind durch
die Schrauben 10 und 11 miteinander verbunden. Im Gehäuse ist ein
etwa kreissegmentförmiges Mittelteil 7 durch Einpassen des Halses 7a mit
Paßsitz und durch Verschrauben mittels der überwurfmutter 14 und einer Zylinderschraube
13 befestigt. An den beiden geraden Seitenflächen des kreissegmentförmigen
Mittelteiles 7 sind zwei kreisbogenfönnige Zylinder 1 und II z. B.
aus -einem Kunststoff befestigt. Die Verbindungsstelle ist durch Dichtungsringe
23 abgedichtet. Die kreisförmigen Zylinder 1 und II sind an ihrem
freien Ende bei 9 gegen das. Gehäuse abgestützt. In jedem der kreisförmigen
Zylinder I und 11 ist einer der Kolbenböden 5a des Arbeitskolbens
5 bewegbar. Der Kolbenboden 5 a ist durch Manschetten
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gegen die Zylinderwandung abgedichtet. Der Arbeitskolben 5 ist durch
den Arm 5c mit der Büchse 5d
verbunden, die auf einer im Lagergehäuse
1, 2 drehbar gelagerten Welle 24 festsitzt. Durch das Gehäuse 2 ist ferner
eine Hülse 26 mit Bund 26 a geführt, die auf ihrer Außenseite
ein Gewinde aufweist. Durch eine auf dieses Gewinde, aufgesehraubte und gegen das
Gehäuse fest-gezogene, Mutter kann die Hülse am Gehäuse befestigt werden. Die Hülse
26 kann durch eine Bohrung in einem Karosserieteil unter oder über der Windschutzscheibe
durchgeführt und durch eine weitere Mutter von außen an dieser Stelle festgehalten
werden. Im Inneren der Hülse läuft die Abtriebswelle 25, die mit einem Arm
27 an der im Inneren des Gehäuses liegenden Seite fest verbunden ist. Am
freien Ende des Armes 27 ist ein Zapfen 28 angeordnet, der in ein
U-förmiges, Mitnehmerteil 6 am Arbeitskolben 5 eingreift und den Arm
27 bei der Pendelbewegung des Kolbens mitnimmt. Durch diese Anordnung und
die Achsenversetzung der Arbeitskolbendrehachse 24 und der Abtriebswelle
25 wird Winkelgeschwindigkeit und Pendelbereich des Arbeitskolbens auf dem
Abtriebsteil vergrößert.
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Der Arbeitskolben wird wie folgt gesteuert. Das Arbeitsmittel, z.B.
Preßluft, tritt durch die Bohrung 31 im Anschlußstutzen 7b des kreissegmentförmigen
Mittelteiles 7 in den Motor ein. Wenn die Stellmutter 14 völlig eingeschraubt
ist, ist der Kanal 32 durch die Dichtungsringe 15, 16a
und 16b verschlossen. Um den Motor in Betrieb zu nehmen, wird die, Stellmutter
14 nach außen geschraubt, bis der Dichtungsring 15
den Kanal 32 freigibt.
Die Preßluft dringt dann in den Raum zwischen dem Anschlußstutzen 7b und
dem Halsstück 7a ein, der nach außen durch die Dichtungen 15, 16a
und 16b abgedichtet ist. Aus diesem Raum strömt die Preßluft durch den Kanal
34 in die Kammer 36 des Steuerzylinders, welche durch das durch Dichtringe
19, 20 abgeschlossene Mittelteil des doppeltwirkenden Steuerkolbens
18 gebildet ist.
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Aus dem Steuerzylinder führen die Beaufschlagungskanäle
37 bzw. 38 jeweils am Zylinderboden in den Arbeitsraum eines der kreisförmig
gebogenen
Zylinder 1 bzw. II, während die Kanäle 40 im Bereich
der offenen Seite der Zylinder 1 und Il in diese münden, an einer Stelle,
die bei völlig zurückgezogenem Kolben innerhalb des Arbeitsraume-,s liegt,
je-
doch nach einem kurzen Rückhub des Kolbens außerhalb des Arbeitsraumes
ins Freie mündet. Um den Motor in Betrieb zu nehmen, wird der Steuerkolben
18 mittels des Verstellkolbens 21 nach rechts in der Abbildung so verschoben,
daß die Steuerkammer 36 mit dem Kanal 37 in Verbindung steht. Dadurch
wird der Kolbenboden 5a im Zylinder 1 mit Preßluft beaufschlagt, und der
Arbeitskolben bewegt sich im Uhrzeigersinn, bis in Endstellung des Kolbens: der
Kanal 40 im Zylinder 1 mit dem Arbeitsraum verbunden ist und der Steuerkolben.
18 über den in die Kammer 36a mündenden Kanal 40 auf seiner rechten Kolbenfläche
mit Preßluft aus dem Zylinderraum 1 beaufschlagt wird. Da der in die Kammer
36 b mündende Kanal 40 zum Zylinder II mit dem Freien in Verbindung
steht also drucklos ist, bewegt sich der Steuerkolben 18 nach links. Dadurch
wird die Arbeitsfläche des Kolbens 5 a im Zylinder
11 über den Kanal 38 beaufschlagt, und der Arbeitskolben bewegt sich
entgegen dem Uhrzeigersinn, während der Kanal 40 im Zylinder 1 nach einem
kurzen Rückhub des Kolbens mit dem Freien verbunden wird. Die Druckluft aus dem
Zylinder 1 strömt über dem Kanal 37 der rechten Kammer 36a des Steuerzylinders
und dem Kanal 40 ins Freie ab. In seiner Endstellung wird der Kanal 40 im Zylinder
11 mit dem Arbeitsraum verbunden und der Steuerkolben auf seiner linken Arbeitsfläche
beaufschlagt, während die rechte Arbeitsfläche drucklos ist, so daß sich der Steuerkolben
nach rechts bewegt und der Vorgang sich umgekehrt, wie oben beschrieben, wiederholt.
Um den Motor abzustellen, wird der Steuerkolben 18
durch den Verstellkolben
21 in eine nüttlere Stellung bewegt, bei welcher beide Kanäle 37 und
38 mit den Kanälen 40 verbunden sind und keine Verbindung mit dem Preßluftzuführungskanal
34 haben. Der Verstellkolben ist mittels der in die Kerben 21 a und 21
b
eingreifenden Ringfeder 41 in dieser Mittelstellung und in Betriebsstellung
arretierbar. Die Übertragung der Verschiebebewegung erfolgt durch den Verstellkolben
21, der die Kammer 36 b mittels der Dichtung 22 nach außen abschließt. Der
Steuerkolben 18 legt sich mit seiner linken Arbeitsfläche, an dem Stellkolben
21 an, wobei durch Distanzstücke sichergestellt ist, daß die Kammer 36 b
ebenso wie die Kammer 36a an der rechten Seite des Steuerkolbens eine vorbestimmte
Breite nicht unterschreitet.
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Im beschriebenen Beispiel erfolgt die Abstellung in jeder beliebigen
Stellung des Arbeitskolbens. Um den Scheibenwischermotor nach dem Abstellen noch
in eine seiner beiden Endstellungen zurückzuführen, können die Kanäle
37 und 38 in einem solchen Ab-
stand in den Steuerzylinder einmünden,
daß in jeder Stellung des Steuerkolbens 18 einer der Kanäle mit der Steuerkammer
36 in Verbindung steht. Der Steuerkolben 18 wird zum Abstellen dann
in eine seiner Endstellungen bewegt, wodurch der Arbeitskolben 5 über den
dann mit der Steuerkammer in Verbindung stehenden Kanal 37 oder
38 bis in Endstellung bewegt wird. Die Distanzstücke, an den Stirnseiten
des Steuerkolbens 18 weisen denselben Durchmesser auf wie das Mittelteil
des Steuerkolbens in der Kammer 36, so daß die, Kolbenflächen sowohl in der
Steuerkammer 36 als auch an den Stirnseiten. des Kolbens bei Anliegen des
Distanzstückes an der Wand oder am Verstellkolben 21 gleich sind. Bei Motoren mit
größerer Leistung kann das segmentförmige Mittelstück 7 gabelförmig über
die Pendelachse hinaus verlängert sein, so daß der Arbeitskolben mit der Büchse
5d zwischen den Gabelenden liegt und die Pendelachse 24 im Mittelstück gelagert
ist. Durch diese Anordnung isteine günstigere Kraftübertragung zwischen dem Zylinder-
und dem Kolbenboden möglich, und das Gehäuse kann entweder sehr leicht gehalten
werden oder ganz wegfallen.
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Die kinematische Vorrichtung 6, 27. 28 zur übersetzung der
Pendelbewegung auf die Abtriebswelle kann auch in einer beliebigen anderen bekannten
Form ausgebildet sein, z. B. als Zahnradiibersetzung, oder die Pendelbewegung kann
durch ein Pleuel und durch eine Kurbelwelle in eine Drehbewegung umgewandelt werden.