DE1426776C - Innen und parallelachsige Umlauf kolbenmaschine - Google Patents
Innen und parallelachsige Umlauf kolbenmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine innen- und parallelachsige Umlaufkolbenmaschine mit Hub- und
Schlupfeingriff zwischen einem Mantel und einem Kolben, bestehend aus einer Kolbennabe und
radial beweglichen Kolbenschiebern, welche von druckmittelbaufschlagten Steuerkolben · bewegt werden.
Eine derartige Umlaufkolbenmaschine ist aus der schweizerischen Patentschrift 361718 bekannt.
Bei derartigen Umlaufkolbenmaschinen werden die Kolbenschieber einerseits unmittelbar und andererseits
mittelbar über Steuerkolben mit Arbeitsdruckmittel beaufschlagt, wobei die Steuerkolben über eine
ständig mit dem Arbeitsdruckmittel in Verbindung stehende Bohrung in der Kolbennabe während des
gesamten Kolbenumlaufes unter dem vollen Arbeitsdruck der im Hochdruckraum befindlichen Flüssigkeit
stehen. Dabei werden auch die Kolbenschieber während des gesamten Umlaufes mit der vollen, aus
dem Arbeitsmitteldruck resultierenden Kraft beaufschlagt.
Infolge der Beaufschlagung der Kolbenschieber mit vollem Arbeitsmitteldruck herrscht insbesondere
im Übergangs- und Niederdruckbereich eine erhebliche Anpreßkraft an den Kolbenschieberköpfen, die
noch durch die infolge der Drehung auftretende Fliehkraft sowie die Verzögerungs- bzw. Beschleunigungskraft
verstärkt wird und zum Durchbrechen des an der Innenwaridung des Mantels ausgebildeten
Schmierfilmes führt, mit der Folge, daß ein erhöhter Kolbenschieber- bzw. Mantelverschleiß auftritt. Zur
Verminderung der Kolbenschieberanpreßkraft ist es bekannt, stufenförmige Kolbenschieber, Doppelkolbenschieber
od. dgl. zu verwenden, deren Herstellung bzw. Anbringung konstruktiv schwierig ist,
so daß sie im Betrieb nicht voll befriedigen können. Es ist auch die Verwendung von an ihren Köpfen
geöffneten Kolbenschiebern bekannt, die einen Druckausgleich im Verhältnis zu dem im jeweiligen
Arbeitskammerbereich herrschenden Arbeitsmitteldruck herbeiführen sollen. Diese an ihren Köpfen
geöffneten Kolbenschieber haben insbesondere im Übergangsbereich einen ständigen Wechsel zwischen
Hochdruck und Niederdruck im Kolbenschieberinneren, was einen unerwünschten labilen Zustand
der Kolbenschieber zur Folge hat.
Es ist auch bekannt, den Druck des in den unter den Kolbenschiebern befindlichen Beaufschlagungsdruckraumes
eingespeisten Arbeitsdruckmittels mit Hilfe von Druckminderventilen zu vermindern. Auf
diese Weise ist zwar eine gute Steuerung der Kolbenschieber möglich, es bedarf hierzu jedoch der Anordnung
besonderer Druckminderventile sowie einer zusätzlichen Verteilerkammer für das reduzierte
Arbeitsdruckmittel.
Es ist auch aus der USA.-Patentschrift 2 714 858 eine Umlaufkolbenmaschine, ebenfalls mit Steuerkolben und Kolbenschiebern, bekanntgeworden,
deren einander gegenüberliegende Kolbenflächen unter Arbeitsmitteldruck gesetzt werden. Die Unterseite
des Steuerkolbens wird durch thermostatische Regelung mittels einer Pumpe auf der jeweils gewünschten
Druckhöhe beaufschlagt. Diese Umlaufkolbenmaschine erfordert aufwendige Steuereinrichtungen
für den Pumpendruck.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die die Kolbenschieber einer Umlaufkolbenmaschine beaufschlagende
Kraft in jedem Arbeitsdruckbereich jeweils in der für die Anpressung erforderlichen
Höhe wirken zu lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerkolben jeweils von einer Feder
beaufschlagt sind und die Kolbenschieber sowie die Steuerkolben getrennt druckmittelbeaufschlagt sind,
derart, daß in den Hochdruckbereichen beide Beaufschlagungsdruckräume und in den Übergangsbereichen nur der Beaufschlagungsdruckraum der
Steuerkolben unter Arbeitsmitteldruck stehen, wohingegen in den Niederdruckbereichen beide Beaufschlagungsdruckräume
drucklos sind.
Vorteilhaft beträgt hierbei die Gesamtbeaufschlagungsfiäche
55 bis 56 °/o der Kolbenschieberkopffläche. Auf diese Weise wird je nach Betriebszustand
ein sicheres Anlegen des Kolbenschiebers an die Innenfläche des Mantels erreicht.
Als Steuerkolben sind vorteilhaft zwei oder mehrere stufenförmige Steuerkolben vorgesehen, die
mit Hilfe von gegen die Kolbennabe und den vorspringenden Schaftteil des Steuerkolbens abgestützten
Federn gegen die Kolbenschieberunterfläche gehalten sind. Die Steuerkolben können jedogh auch mit
ihren abgesetzten Schaftteilen in die Kolbenschieber hineinragend angeordnet sein, wobei der abgesetzte
Schaftteil von einer sich einerseits gegen die Kolbennabe und andererseits gegen einen am abgesetzten
Schaftteil vorgesehenen Ringbund abstützenden Feder umgeben ist. Diese Ausführungsform hat den besonderen
Vorteil, daß die zum Zwecke der Lagerung der Steuerkolben in der Kolbennabe vorgesehenen
Bohrungen mit verhältnismäßig geringer Tiefe ausgeführt werden können. Als Steuerkolben kann auch
eine rostartig durchbrochene Platte vorgesehen sein, die teils in den Kolbenschieber, teils in die Kolbennabe
hineinragt und um deren zwischen den Aussparungen verbleibenden Rippen Federn angeordnet
sind, die sich mit ihren überstehenden Teilen an der Kolbennabe abstützen.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung können einige der in den Kolbenschiebern vorgesehenen
Bohrungen in die Arbeitskammer geöffnet sein, in welchem Falle lediglich in den geschlossenen
Bohrungen Steuerkolben angeordnet sind. Diese Ausführungsform hat den besonderen Vorteil, daß die
Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung der Kolbenschieber unmittelbar von der Arbeitskammer
her erfolgt, so daß eine besondere Arbeitsdruckmittelzuführung nicht erforderlich ist. Sie ermöglicht darüber
hinaus eine erhebliche Verringerung der Bauhöhe und bedarf lediglich der Anordnung einer geringen
Zahl kleinflächiger Steuerkolben. Vorteilhaft sind in diesem Falle die Kolbenschieberköpfe zur
Erzielung einer fest definierten kleinen äußeren Beaufschlagungsfläche bzw. zur Verminderung der an
der Innenwandung des Mantels gleitenden Fläche einseitig abgeschrägt ausgebildet.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt und wird im
folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine Umlaufkolbenmaschine im Querschnitt,
F i g. 2 die gleiche Umlaufkolbenmaschine im Längsschnitt;
F i g. 3 bis 6 geben andere Ausführungsformen von Kolbenschiebern und Steuerkolben wieder.
In den Figuren sind mit 1 die Kolbennabe, mit 2 der Mantel und mit 3 die Kolbenschieber einer Um-
laufkolbenmaschine bezeichnet, die gemeinsam mit der Kolbennabe 1, dem Mantel 2 und den Seitenteilen
4 die Arbeitskammern 5 einschließen. Die unter den Schiebern gebildeten Beaufschlagungsdruckräume
6 dienen der Beaufschlagung der Kolbenschieber 3 mit Arbeitsdruckmittel.
Die Steuerkolben 7 sind von einer Feder 9 beaufschlagt und die Kolbenschieber 3 sowie die
Steuerkolben 7 getrennt druckmittelbeaufschlagt, derart, daß in den Hochdruckbereichen beide Beaufschlagungsdruckräume
6, 8 und in den Übergangsbereichen nur der Beaufschlagungsdruckraum 8 der Steuerkolben 7 unter Arbeitsdruck stehen, wohingegen
in den Niederdruckbereichen beide Beaufschlagungsdruckräume 6, 8 drucklos sind. Bei der
Umlaufkolbenmaschine gemäß der Erfindung können die-Kolbenschieber je nach Arbeitsstellung mit einer
gerade erforderlichen Anpreßkraft beaufschlagt werden. So befindet sich beispielsweise (s. insbesondere
Fig. 1) der Kolbenschieber3α gerade im Hochdruckbereich,
so daß auch die gesamte Kopffläche unter dem in der Arbeitskammer 5 α herrschenden
Arbeitsdruck steht. Dementsprechend wird in dieser Arbeitsstellung sowohl der Beaufschlagungsdruckraum
6 α als auch der Beaufschlagungsdruckraum 8 α mit Arbeitsdruckmittel beaufschlagt, so daß eine der
gesamten Kolbenschieberkopffläche entsprechende Fläche mit Arbeitsdruckmittel beaufschlagt wird. Der
Kolbenschieber 3 3 wird somit lediglich mittels der den Steuerkolben 7 ü haltenden Feder 9 in Anlage
an die Innenfläche des Mantels 2 gehalten. Demgegenüber befindet sich der Kolbenschieber 3 b im
Niederdruckbereich, so daß eine Druckbeaufschlagung der Kolbenschieberkopffläche nicht erfolgt. In
diesem Falle sind beide Beaufschlagungsdruckräume 6 b und 8 b ebenfalls drucklos, so daß der Kolbenschieber
3 b auch in diesem Falle lediglich mittels der den Steuerkolben 7 ft in Anlage an den Kolbenschieber
3 6 haltenden Feder 9 in Anlage an die Innenfläche des Mantels 2 gehalten wird. Dagegen
befindet sich der Schieber 3 c in einer Übergangsstellung, derart, daß die auf der Seite der Arbeitskammer
5 b gelegene Hälfte der Kolbenschieberkopffläche unbeaufschlagt, die auf der Seite des Beaufschlagungsdruckraumes
5 c gelegene Hälfte der Kolbenschieberkopffläche dagegen druckbeaufschlagt
ist. Zur Hervorbringung der für ein sicheres Anliegen des Kolbenschiebers 3 c an die Innenfläche des
Mantels 2 erforderlichen Kraft ist in diesem Falle der Beaufschlagungsdruckraum 6 c drucklos, während
der Beaufschlagungsdruckraum 8 c des Steuerkolbens 7 c mit Arbeitsdruckmittel beaufschlagt wird.
Entsprechend der Flächenbemessung der Beaufschlagungsflächen der Steuerkolben 7 zu 55 % der
Kolbenschieberkopffläche ergibt sich gegenüber dem auf die Kolbenschieberkopffläche ausgeübten Druck
ein Überschuß von etwa 5 %, der für ein festes Andrücken des Kolbenschiebers an die Innenfläche des
Mantels 2 ausreicht. Die Kolbenschieber werden somit in einem stabilen Zustand gehalten, wobei kein
übermäßiger Druck auf die Kolbenschieber ausgeübt wird, der ein Durchstoßen des auf die Innenfläche
des Mantels 2 ausgebildeten Schmierfilmes bewirken würde.
Im Falle der F i g. 1 und 2 sind für jeden Kolbenschieber vier stufenförmig abgesetzte Steuerkolben
vorgesehen, die mit Hilfe von gegen die Kolbennabe 1 und den vorspringenden Schaftteil 10 abgestützten
Federn 9 mit ihrem abgesetzten Schaftteil gegen die Kolbenschieberunterfläche gehalten sind.
Die Steuerkolben können jedoch auch (s. F i g. 3) mit ihren abgesetzten Schaftteilen 11 in die Kolbenschieber
3 einragend angeordnet sein, wobei der abgesetzte Schaftteil 11 von einer sich einerseits gegen
die Kolbennabe 1 und andererseits gegen einen am abgesetzten Schaftteil 11 vorgesehenen Ringbund 12
abstützenden Feder umgeben ist. Diese Äusführungsform hat den besonderen Vorteil, daß die zum
Zwecke der Lagerung der Steuerkolben 7 in der Kolbennabe 1 vorgesehenen Bohrungen eine verhältnismäßig
geringe Tiefe haben können. Desgleichen kann (s. die F i g. 4) als Steuerkolben eine
rostartig durchbrochene Platte 13 vorgesehen sein, die teils in den Kolbenschieber 3, teils in die Kolbennabe
1 hineinragt und auf deren zwischen den Aussparungen verbleibenden Rippen Federn 14 angeordnet
sind, die sich mit ihren überstehenden Teilen an der Kolbennabe 1 abstützen.
In der in der F i g. 5 wiedergegebenen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sind-einige
der in den Kolbenschiebern 3 vorgesehenen Bohrungen 15,15 α in die Arbeitskammer 16 fjeöffnet, wobei
lediglich in den geschlossenen Bohrungen 17,17 a Steuerkolben 18,18 α angeordnet sind. Auf diese
Weise erfolgt die Druckbeaufschlagung des unter dem Kolbenschieber 3 gelegenen Beaufschlagungsdruckraumes
unmittelbar von der Arbeitskammer 16 her, so daß besondere ZuführungsboHrungeri für
das Arbeitsdruckmittel nicht erforderlich sind. Der sich hieraus ergebende Vorteil liegt in der Möglichkeit,
die Bauhöhe der KolbennabenVSchieberanordnung wesentlich zu vermindern, wozu als
weiterer Vorteil hinzukommt, daß es bei dieser Kolbenschieberausführung nur weniger Steuerkolben
mit kleiner Beaufschlagungsfläche bedarf, um immer eine hydraulische Anpressung des Kolbenschiebers
im Umsteuerbereich zu gewährleisten.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform der in der F i g. 5 wiedergegebenen Kolbenschieberanordnung
dargestellt. In diesem Falle sind Kolbenschieber 3 mit einseitig abgeschrägtem Kopf 19 vorgesehen,
woraus sich eine fest definierte Beaufschlagungsfläche am Kolbenschieberkopf ergibt, die
wiederum durch sehr wenige Steuerkolben mit kleiner Beaufschlagungsfläche bei hinreichender Anpreßkraft
des Kolbenschiebers ausgeglichen werden kann.
Claims (7)
1. Innen- und parallelachsige Umlaufkolbenmaschine mit Hub- und Schlupfeingriff zwischen
einem Mantel und einem Kolben, bestehend aus einer Kolbennabe und radial beweglichen Kolbenschiebern,
welche von druckmittelbeaufschlagten Steuerkolben bewegt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerkolben (7) jeweils von einer Feder (9) beaufschlagt sind und die Kolbenschieber sowie die Steuerkolben getrennt
druckmittelbeaufschlagt sind, derart, daß in den Hochdruckbereichen beide Beaufschlagungsdruckräume
(6, 8) und in den Übergangsbereichen nur der Beaufschlagungsdruckraum (8) der Steuerkolben (7) unter Arbeitsmitteldruck
stehen, wohingegen in den Niederdruckbereichen
beide Beaufschlagungsdruckräume (6, 8) drucklos sind.
2. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtbeauf
schlagungsfläche der Steuerkolben (7) 55 bis 56% der Kolbenschieberkopffläche beträgt.
3. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkolben
stufenförmig ausgebildet sind und mit Hilfe von gegen die Kolbennabe und den vorspringenden
Schaftteil (10) des Steuerkolbens abgestützten Federn (9) gegen die Kolbenschieberunterfläche
gehalten sind (F i g. 2).
4. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkolben
mit ihren abgesetzten Schaftteilen (11) in die Kolbenschieber (3) hineinragend angeordnet
sind, wobei der abgesetzte Schaftteil (10) von einer sich einerseits gegen die Kolbennabe (1)
und andererseits gegen einen am abgesetzten Schaftteil (10) vorgesehenen Ringbund (12) abstützenden
Feder umgeben ist (F i g. 3).
5. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerkolben
eine rostartig durchbrochene Platte (13) vorgesehen ist, die teils in den Kolbenschieber (3), teils
in die Kolbennabe (1) hineinragt und um deren zwischen den Aussparungen verbleibenden Rippen
Federn (14) angeordnet sind, die sich mit ihren überstehenden Teilen an der Kolbennabe (1) abstützen
(F i g. 4).
6. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einige der in
den Kolbenschiebern (3) vorgesehenen Bohrungen (15,15 a) in die Arbeitskammer (16) geöffnet
sind (F i g. 5).
7. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenschieber
(3) einen einseitig abgeschrägten Kopf (19) aufweisen (Fig. 6).
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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