DE19501498A1

DE19501498A1 - Hydraulic combustion machine for continuously converting mechanical rotation into pressure energy of head of fluid and vice versa

Info

Publication number: DE19501498A1
Application number: DE1995101498
Authority: DE
Inventors: Juergen Walter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-01-19
Filing date: 1995-01-19
Publication date: 1996-07-25

Abstract

The machine comprises a piston (1) which slides in an axial direction relative to the housing (4). The inside of the housing is linked in an axial direction into a working region (12) and a compensating region (13). A first seal (14) is located on the endface of the piston in the working region. It seals between piston and housing, separating hermetically the working region into an active and a passive section (15,16). A second seal (17) is located on the piston at the transition point between the active section of the working region and the compensating region.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Kreiskolbenmaschine zur Wandlung einer mechanischen Drehbewegung in Druckenergie einer Flüssigkeitssäule oder umgekehrt zur Wandlung der Druck energie einer Flüssigkeitssäule in mechanische Energie. Die Kreiskolbenmaschine kann also sowohl als Pumpe wie auch als Mo tor genutzt werden; die wesentliche Besonderheit besteht darin, daß während des Betriebes die aktive Kolbenfläche stufenlos verändert werden kann. Damit sind bei beiden Betriebsarten die Leistungskenndaten der Maschine in weiten Grenzen variabel und sie ist vorteilhaft als Systembaugruppe in stufenlos regelbaren hydrostatischen Wandlern einsetzbar. Außerdem ist es je nach konstruktiver Auslegung der Maschine im Pumpenbetrieb alterna tiv möglich, Flüssigkeiten in einer Leitung, in zwei oder auch in drei voneinander getrennten Leitungen zu fördern. Analog kann im Motorbetrieb die mechanische Energie aus einer, aus zwei oder aus drei Flüssigkeitssäulen gewonnen werden.The invention relates to a hydraulic rotary piston machine for converting a mechanical rotary movement into pressure energy a liquid column or vice versa to convert the pressure energy of a liquid column in mechanical energy. The Rotary piston machine can be used both as a pump and as a Mo gate can be used; the main peculiarity is that the active piston surface is continuously variable during operation can be changed. This means that in both operating modes Performance characteristics of the machine are variable and wide it is advantageous as a system assembly in infinitely variable hydrostatic converters can be used. It also depends constructive design of the machine in pump operation alterna tiv possible, liquids in one line, in two or even to promote in three separate lines. Analogous can the mechanical energy from a, in motor operation two or three liquid columns can be obtained.

In der Technik sind neben rein mechanischen Baugruppen hydrau lische Systeme zur Übertragung von Kräften und Bewegungen be kannt. Die Übertragung erfolgt dabei mit Hilfe einer Flüssig keitssäule (hydrostatische Systeme) oder durch Ausnutzung der Geschwindigkeitsenergie eines Flüssigkeitsstromes (hydrodyna mische oder Strömungssysteme) . Zu den hydrostatischen Systemen gehören z. B. Kreiskolbenmaschinen, die im Pumpenbetrieb eine Flüssigkeitssäule fördern, wenn dem Kreiskolben mechanische Energie zugeführt oder im Motorbetrieb eine Drehbewegung er zeugen, wenn dem Kreiskolben eine geförderte Flüssigkeitssäule zugeführt wird. Diese Maschinen bestehen im wesentlichen aus einem Kolben, der mehrere Kolbenflächen am Umfang aufweist und der um eine erste Rotationsachse drehbar auf einem Exzenter ge lagert und in radialer wie axialer Richtung von einem festste henden Gehäuse umbaut ist, weiterhin aus Getriebegliedern zur Erzielung einer definierten Relativbewegung zwischen dem Kreis kolben, dem Exzenter und dem Gehäuse sowie aus einer Welle, die mit dem Exzenter starr verbunden und mit diesem und dem Kreis kolben um eine zweite Rotationsachse drehbar gelagert ist. Zwi schen den Kolbenflächen und Teilen der Gehäuseinnenfläche sind Arbeitskammern eingeschlossen, deren Anzahl mit der Bauform der Kreiskolbenmaschine variabel ist. Die Rauminhalte der Arbeits kammern verändern sich mit dem Drehwinkel des Kreiskolbens. Des weiteren sind Ein- und Auslaufkanäle für das flüssige Druck medium vorhanden, wobei die Zuleitung des Mediums stets in eine sich mit der Rotation des Kreiskolbens vergrößernde Arbeitskam mer und die Ableitung des Mediums stets aus einer sich mit der Rotation des Kreiskolbens verkleinernden Arbeitskammer erfolgt. Ein wesentlicher Nachteil dieser bisher bekannten Kreiskolben maschinen besteht darin, daß eine Veränderung der Durchflußwer te des flüssigen Mediums im Pumpenbetrieb nur durch Variation der Antriebsdrehzahl möglich ist; analog kann im Motorbetrieb eine Variation der Abtriebsdrehzahl nur durch eine Veränderung der Durchflußgröße des flüssigen Mediums erfolgen.In addition to purely mechanical assemblies, the technology used is hydraulic systems for the transmission of forces and movements knows. The transfer takes place with the help of a liquid power column (hydrostatic systems) or by using the Velocity energy of a liquid flow (hydrodyna mix or flow systems). To the hydrostatic systems include z. B. rotary piston machines, which in pump operation Pump liquid column when the rotary piston mechanical Energy supplied or a rotary motion during engine operation testify when the rotary piston a pumped liquid column is fed. These machines essentially consist of a piston which has a plurality of piston surfaces on the circumference and the ge rotatable about a first axis of rotation on an eccentric stored and in the radial and axial direction of a solid existing housing is rebuilt, still from transmission links Achieving a defined relative movement between the circle piston, the eccentric and the housing and from a shaft that rigidly connected to the eccentric and to this and the circle piston is rotatably mounted about a second axis of rotation. Two between the piston surfaces and parts of the inner surface of the housing Working chambers included, the number of which corresponds to the design of the Rotary piston machine is variable. The volume of work chambers change with the angle of rotation of the rotary piston. Of further are inlet and outlet channels for the liquid pressure medium available, with the supply of the medium always in one increasing work with the rotation of the rotary piston mer and the derivation of the medium always from one with the Rotation of the working chamber reducing the size of the rotary piston takes place. A major disadvantage of these previously known rotary pistons machines is that a change in the flow rate te of the liquid medium in pump operation only by variation the drive speed is possible; analog can in motor operation a variation of the output speed only through a change the flow rate of the liquid medium.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Kreiskolbenmaschine zu schaffen, die sowohl als Pumpe wie auch als Motor genutzt werden kann und mit der im Pumpenbetrieb eine stufenlose Veränderung der Fördermenge bei gleichbleibender Drehzahl und im Motorbetrieb eine stufenlose Veränderung des Abtriebsdrehmomentes bei gleichem Druck und gleicher Fördermenge des zugeführten flüssigen Mediums möglich ist. Die Maschine soll mit verhältnismäßig geringem Fertigungs aufwand herstellbar sein, sich bezüglich der Veränderbarkeit ihrer Leistungsparameter leicht bedienen lassen und betriebssi cher arbeiten.The present invention is therefore based on the object to create a hydraulic rotary piston machine that both can be used as a pump as well as a motor and with which in the Pump operation with a continuous change in the delivery rate constant speed and stepless in engine operation Change in output torque at the same pressure and same delivery rate of the supplied liquid medium possible is. The machine is said to be of relatively low manufacturing effort to be produced, regarding the changeability have their performance parameters easy to operate and operational cher work.

Diese Aufgabe wird für eine hydraulische Kreiskolbenmaschine dadurch gelöst, daß der Kreiskolben in axialer Richtung im Ge häuse verschiebbar ist und daß das Gehäuseinnere in axialer Richtung in einen Arbeitsbereich und einen Ausgleichsbereich gegliedert ist, wobei sich eine der seitlichen Endflächen des Kreiskolbens stets im Arbeitsbereich und die andere stets im Ausgleichsbereich befindet. In axialer Richtung gesehen sind die Längen des Arbeitsbereiches und des Ausgleichsbereiches et wa gleich groß, und jede dieser Längen entspricht etwa einer Länge des Kreiskolbens. Unmittelbar an der seitlichen Endfläche des Kreiskolbens im Arbeitsbereich befindet sich eine erste Dichtungsscheibe, die mit dem Kreiskolben axial verschiebbar und relativ zu diesem drehbar gelagert ist; ihre Außenkontur entspricht, im Schnitt senkrecht zu den Rotationsachsen be trachtet, der Kontur des Gehäuseinneren. Diese erste Dichtungs scheibe ist paßgenau so zwischen Kreiskolben und Gehäuse einge ordnet, daß sie den Arbeitsbereich hermetisch in zwei Ab schnitte trennt, einen aktiven und einen passiven Abschnitt. Die Längen dieser beiden Abschnitte, in axialer Richtung gemes sen, sind in ihrer Summe konstant, jedoch abhängig von der axialen Verschiebeposition des Kreiskolbens und der ersten Dichtungsscheibe zueinander variabel. Der Kreiskolben trägt des weiteren eine zweite Dichtungsscheibe, die sich an der Über gangstelle vom aktiven Abschnitt des Arbeitsbereiches zum Aus gleichsbereich befindet. Diese zweite Dichtungsscheibe ist mit dem Kreiskolben um die zweite Rotationsachse drehbar angeord net, sie ist jedoch nicht mit ihm axial verschiebbar; ihre In nenkontur, im Schnitt senkrecht zur Rotationsachse betrachtet, entspricht der Außenkontur des Kreiskolbens und sie sitzt seit lich begrenzt paßgenau im Gehäuse, wodurch der aktive Abschnitt des Arbeitsbereiches und der Ausgleichsbereich hermetisch von einander getrennt sind. Die Ein- und Auslaufkanäle zur Zu- und Ableitung des Druckmediums münden im aktiven Abschnitt des Ar beitsbereiches in die Arbeitskammern. Der passive Abschnitt des Arbeitsbereiches und der Ausgleichsbereich sind über Aus gleichskanäle miteinander verbunden. Diese Ausgleichskanäle können, während die Kreiskolbenmaschine als Motor betrieben wird, auch mit den Einlaufkanälen oder, wenn sie als Pumpe be trieben wird, auch mit den Auslaufkanälen verbunden sein.This task is for a hydraulic rotary piston machine solved in that the rotary piston in the axial direction in Ge housing is displaceable and that the housing interior in axial Direction to a work area and a compensation area is divided, with one of the side end faces of the Rotary piston always in the work area and the other always in the Compensation area is located. Are seen in the axial direction the lengths of the work area and the compensation area et wa the same size, and each of these lengths corresponds approximately to one Length of the rotary piston. Immediately on the side end face There is a first of the rotary piston in the work area Sealing washer that can be moved axially with the rotary piston and is rotatably supported relative to this; their outer contour corresponds, in section perpendicular to the axes of rotation seeks the contour of the interior of the housing. This first seal disc is precisely fitted between the rotary piston and the housing arranges that it hermetically divides the work area into two cuts separates an active and a passive section. The lengths of these two sections, measured in the axial direction are constant in total, but dependent on the axial displacement position of the rotary piston and the first Sealing washer variable to each other. The rotary piston carries the another a second sealing washer, which is located on the over gateway from the active section of the work area to the exit same area. This second sealing washer is with the rotary piston rotatably arranged about the second axis of rotation net, but it is not axially displaceable with it; their in nominal contour, viewed in section perpendicular to the axis of rotation, corresponds to the outer contour of the rotary piston and it has been seated limited fit in the housing, which makes the active section of the work area and the compensation area hermetically from are separated from each other. The inlet and outlet channels for the inlet and Derivation of the pressure medium flow into the active section of the Ar working area in the working chambers. The passive section of the Work area and the compensation area are over off same channels connected to each other. These equalization channels can while the rotary piston machine is operated as a motor is, also with the inlet channels or if they be as a pump is driven, also be connected to the outlet channels.

Der Kreiskolben kann als Dreiecksläufer ausgebildet sein; er weist dann im Schnitt senkrecht zu seiner Rotationsachse die Geometrie eines Bogendreiecks auf. Dabei ist es vorteilhaft, wenn zwei Einlauf- und zwei Auslaufkanäle vorgesehen sind, wo bei jeder Einlaufkanal und jeder Auslaufkanal mit verschiedenen Arbeitskammern verbunden ist.The rotary piston can be designed as a triangular rotor; he then shows the section perpendicular to its axis of rotation Geometry of an arc triangle. It is advantageous if two inlet and two outlet channels are provided, where with each inlet channel and each outlet channel with different Working chambers is connected.

Mit dem Kolben und der ersten Dichtungsscheibe kann zugleich der Exzenter verschiebbar sein; denkbar ist auch, mit dem Kol ben und der ersten Dichtungsscheibe den Exzenter und die Welle verschiebbar anzuordnen. With the piston and the first sealing washer at the same time the eccentric can be moved; is also conceivable with the Kol ben and the first sealing washer the eccentric and the shaft to arrange slidably.

Zur Erzielung der definierten Relativbewegung zwischen Kreis kolben, Exzenter und Gehäuse sollte ein Zahnradpaar vorgesehen sein, bei dem das Ritzel mit Außenverzahnung an der ersten Dichtungsscheibe und das Zahnrad mit Innenverzahnung am Kreis kolben ausgebildet ist; die Zähnezahlen sollten sich bei dieser Bauform so verhalten, daß drei Umdrehungen des Exzenters rela tiv zur ersten Dichtungsscheibe (und damit zum Gehäuse) eine Umdrehung des Kreiskolbens zur Folge haben.To achieve the defined relative movement between circles piston, eccentric and housing should be provided with a pair of gears be in which the pinion with external teeth on the first Sealing washer and the gear with internal teeth on the circle piston is formed; the number of teeth should be at this Design so that three revolutions of the eccentric rela tiv to the first sealing washer (and thus to the housing) Rotation of the rotary piston.

Die beiden Volumenströme in den Einlaufkanälen können aus einem gemeinsamen Volumenstrom hervorgegangen und die Volumenströme der beiden Auslaufkanäle können im weiteren zu einem gemeinsa men Volumenstrom vereinigt sein.The two volume flows in the inlet channels can be from one common volume flow emerged and the volume flows of the two outlet channels can furthermore become a common one men volume flow be united.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel, dem eine Bauform mit dreieckähnlichem Kolbenquerschnitt zugrun de liegt, erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zei genThe invention is intended to be based on an exemplary embodiment, which has a design with a triangular piston cross-section de lies to be explained. In the accompanying drawings gene

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung im Längsschnitt, Fig. 1 is a schematic representation in longitudinal section;

Fig. 2 die Prinzipdarstellung in einem Querschnitt bei der zweiten Dichtungsscheibe, Fig. 2 shows the basic diagram in a cross section at the second sealing plate,

Fig. 3 die Prinzipdarstellung in einem Querschnitt bei den Ein- und Auslaufkanälen, Fig. 3 shows the schematic diagram in a cross section at the inlet and outlet channels

Fig. 4 die Prinzipdarstellung in einem Querschnitt bei der ersten Dichtungsscheibe. Fig. 4 shows the schematic diagram in a cross section in the first sealing washer.

In Fig. 1 ist eine Baugruppe aus Kreiskolben 1, Exzenter 3 und Welle 5, von einem Gehäuse 4 umschlossen, im Längsschnitt dar gestellt. In Fig. 2 und Fig. 3 ist erkennbar, daß der Kreiskol ben 1 auf dem Exzenter 3 gelagert ist, und zwar drehbar um eine erste Rotationsachse 2, zu der die drei Kolbenflächen 7 des Kreiskolbens 1 radialsymmetrisch angeordnet sind. Die Welle 5 ist zentrisch zu einer zweiten Rotationsachse 6 drehbar gela gert. Exzenter 3 und Welle 5 sind über eine Paßfeder 23 form schlüssig miteinander verbunden. Die drei Kolbenflächen 7 schließen mit Abschnitten dem Gehäuseinnenfläche 8 Arbeitskam mern 9 ein, deren Rauminhalte in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Kreiskolbens 1 verschieden sind. In Fig. 1, an assembly of rotary piston 1 , eccentric 3 and shaft 5 , enclosed by a housing 4 , is provided in longitudinal section. In Fig. 2 and Fig. 3 it can be seen that the Kreiskol ben 1 is mounted on the eccentric 3 , namely rotatable about a first axis of rotation 2 , to which the three piston surfaces 7 of the rotary piston 1 are arranged radially symmetrically. The shaft 5 is rotatably gela centric to a second axis of rotation 6 . Eccentric 3 and shaft 5 are positively connected to one another via a feather key 23 . The three piston surfaces 7 include sections of the housing inner surface 8 working chamber 9 , the volume of which is different depending on the angle of rotation of the rotary piston 1 .

Die Baugruppe aus Kreiskolben 1, Exzenter 3 und Welle 5 ist in axialer Richtung im Gehäuse verschiebbar (Fig. 1). Das Gehäuse innere ist, in axialer Richtung betrachtet, in einen Arbeitsbe reich 12 und einen Ausgleichsbereich 13 gegliedert, wobei sich der Kreiskolben 1 stets zum Teil im Arbeitsbereich 12 und zum Teil im Ausgleichsbereich 13 befindet. In axialer Richtung ge messen ist die Länge l₁ des Arbeitsbereiches 12 etwa gleich der Länge 12 des Ausgleichsbereiches 13, und jede dieser Längen l₁, l₂ entspricht etwa der Länge l₀ des Kreiskolbens 1.The assembly comprising the rotary piston 1 , the eccentric 3 and the shaft 5 can be moved in the axial direction in the housing ( FIG. 1). The housing interior, viewed in the axial direction, is divided into a working area 12 and a compensating area 13 , the rotary piston 1 always being partly in the working area 12 and partly in the compensating area 13 . Measure in the axial direction, the length l 1 of the working area 12 is approximately equal to the length 12 of the compensation area 13 , and each of these lengths l 1, l 2 corresponds approximately to the length l 1 of the rotary piston 1 .

Unmittelbar an der Endfläche des Kreiskolbens 1 im Arbeitsbe reich 12 ist eine erste Dichtungsscheibe 14 angeordnet, deren Außenkontur, im Schnitt senkrecht zu den Rotationsachsen 2, 6 betrachtet, der Kontur der Gehäuseinnenfläche 8 (Fig. 4) ent spricht. Diese erste Dichtungsscheibe 14 ist in einer Nut 24, die in die Welle 5 eingearbeitet ist, so gelagert, daß sie in axialer Richtung zwangsweise mit der Baugruppe aus Kreiskolben 1, Exzenter 3 und Welle 5 verschiebbar ist; in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 6 ist sie zwar relativ zur Welle 5, zum Exzenter 3 und auch zum Kreiskolben 1 verdrehbar, aufgrund der Formschlüssigkeit zwischen ihrer Außenkontur und der Kontur der Gehäuseinnenfläche 8 jedoch nicht verdrehbar relativ zum Ge häuse 4. Außerdem ist die erste Dichtungsscheibe 14 bezüglich ihrer Lagerung auf der Welle 5 und ihrer an die Kontur der Ge häuseinnenfläche 8 grenzenden Außenkontur paßgenau so ausgebil det, daß sie den Arbeitsbereich 12 hermetisch in zwei Abschnit te trennt, einen aktiven Abschnitt 15 und einen passiven Ab schnitt 16. Die Längen dieser beiden Abschnitte 13 und 14 sind variabel, und zwar in Abhängigkeit von der axialen Verschiebe position von Kreiskolben 1, Exzenter 3, Welle 5 und damit der ersten Dichtungsscheibe 14.Immediately on the end face of the rotary piston 1 in the working area 12 , a first sealing washer 14 is arranged, the outer contour of which, viewed in section perpendicular to the axes of rotation 2 , 6 , speaks ent of the housing inner surface 8 ( FIG. 4). This first sealing washer 14 is mounted in a groove 24 , which is incorporated in the shaft 5 , so that it is forcibly displaceable in the axial direction with the assembly comprising the rotary piston 1 , the eccentric 3 and the shaft 5 ; in the circumferential direction about the axis of rotation 6 , although it is rotatable relative to the shaft 5 , the eccentric 3 and also to the rotary piston 1 , due to the form fit between its outer contour and the contour of the housing inner surface 8, however, it cannot be rotated relative to the housing 4 . In addition, the first sealing washer 14 with respect to its mounting on the shaft 5 and its outer contour bordering the contour of the housing inner surface 8 is designed so that it hermetically separates the working area 12 into two sections, an active section 15 and a passive section 16 . The lengths of these two sections 13 and 14 are variable, depending on the axial displacement position of the rotary piston 1 , eccentric 3 , shaft 5 and thus the first sealing washer 14th

Am Kreiskolben 1 ist des weiteren an der Übergangstelle vom ak tiven Abschnitt 15 des Arbeitsbereiches 12 zum Ausgleichsbe reich 13 eine zweite Dichtungsscheibe 17 angeordnet; ihre In nenkontur, im Schnitt senkrecht zur Rotationsachse betrachtet (Fig. 2), entspricht der Außenkontur des Kreiskolbens 1, ihre Außenkontur 25 ist kreisrund. Die zweite Dichtungsscheibe 17 ist in einer Gehäusenut 26 so gelagert, daß sie aufgrund der Formschlüssigkeit zwischen ihrer Innenkontur und der Außenkon tur des Kreiskolbens 1 zwar mit dem Kreiskolben 1 um die erste Rotationsachse 2 bzw. mit dem Exzenter 3 und dem Kreiskolben 1 gemeinsam um die zweite Rotationsachse 6 drehbar, jedoch in axialer Richtung nicht mit der Baugruppe aus Kreiskolben 1, Ex zenter 3 und Welle 5 verschiebbar ist; d. h. sie ist in axialer Richtung relativ zum Gehäuse 4 ortsfest. Außerdem ist die zwei te Dichtungsscheibe 17 paßgenau so auf dem Kreiskolben 1 und in der Gehäusenut 26 angeordnet, daß der aktive Abschnitt 15 des Arbeitsbereiches 12 und der Ausgleichsbereich 13 hermetisch voneinander getrennt sind.At the rotary piston 1 , a second sealing washer 17 is also arranged at the transition point from the active section 15 of the working area 12 to the compensation area 13 ; their inner contour, viewed in section perpendicular to the axis of rotation ( FIG. 2), corresponds to the outer contour of the rotary piston 1 , its outer contour 25 is circular. The second sealing washer 17 is mounted in a housing groove 26 so that, due to the form fit between its inner contour and the outer cone of the rotary piston 1 , with the rotary piston 1 about the first axis of rotation 2 or with the eccentric 3 and the rotary piston 1 together around the second axis of rotation 6 rotatable, but not in the axial direction with the assembly of the rotary piston 1 , Ex center 3 and shaft 5 is displaceable; ie it is stationary in the axial direction relative to the housing 4 . In addition, the two te sealing washer 17 is precisely fitted on the rotary piston 1 and in the housing groove 26 that the active section 15 of the working area 12 and the compensating area 13 are hermetically separated.

Im Gehäuse 4 sind Ausgleichskanäle 22 vorgesehen, die den pas siven Abschnitt 16 des Arbeitsbereiches 12 und den Ausgleichs bereich 13 kommunizierend miteinander verbinden. Es ist von Vorteil, wenn die Ausgleichskanäle 22, während die Kreiskolben maschine als Motor betrieben wird, auch mit den Einlaufkanälen 18, 19 oder, wenn die Kreiskolbenmaschine als Pumpe betrieben wird, auch mit den Auslaufkanälen 20, 21 verbunden sind.In the housing 4 compensation channels 22 are provided which connect the passive section 16 of the work area 12 and the compensation area 13 communicating with each other. It is advantageous if the equalization channels 22 , while the rotary piston machine is operated as a motor, are also connected to the inlet channels 18 , 19 or, if the rotary piston machine is operated as a pump, also to the outlet channels 20 , 21 .

Der Kreiskolben 1 und die erste Dichtungsscheibe 14 sind über ein Zahnradgetriebe miteinander verbunden, wobei das Ritzel 10 mit Außenverzahnung an der ersten Dichtungsscheibe 14 und das Zahnrad 11 mit Innenverzahnung am Kreiskolben 1 ausgebildet ist. Die Zähnezahlen des Ritzels 10 und die des Zahnrades 11 verhalten sich bei der dargestellten Bauweise so, daß drei Um drehungen der Welle 5 bzw. des Exzenters 3 um die zweite Rota tionsachse 6 eine Umdrehung des Kreiskolbens 1 relativ zum Ge häuse 4 bewirken. Die erste Dichtungsscheibe 14 hat dabei neben ihrer Funktion als Dichtelement die Funktion eines Getriebe gliedes zwischen dem Gehäuse 4 und der Baugruppe aus Kreiskol ben 1, Exzenter 3, und Welle 5, indem sie das Ritzel 10 in axialer Richtung führt und in Umfangsrichtung gegen Verdrehung zum Gehäuse sichert.The rotary piston 1 and the first sealing disk 14 are connected to one another via a gear transmission, the pinion 10 having external teeth on the first sealing disk 14 and the gear 11 having internal teeth on the rotary piston 1 . The number of teeth of the pinion 10 and that of the gear 11 behave in the construction shown so that three order rotations of the shaft 5 or the eccentric 3 around the second axis of rotation 6 cause rotation of the rotary piston 1 relative to the housing 4 Ge. The first sealing washer 14 has in addition to its function as a sealing element, the function of a gear member between the housing 4 and the assembly from Kreiskol ben 1 , eccentric 3 , and shaft 5 by guiding the pinion 10 in the axial direction and in the circumferential direction against rotation Housing secures.

Im Beispiel sind in das Gehäuse 4 zwei Einlaufkanäle 18, 19 zur Zuleitung von Medien von außen in zwei verschiedene Arbeitskam mern sowie zwei Auslaufkanäle 20, 21 zur Abführung dieser Medien aus den Arbeitskammern nach außen eingearbeitet, wobei der Einlaufkanal 18 dem Auslaufkanal 20 und der Einlaufkanal 19 dem Auslaufkanal 21 bezüglich des hindurchströmenden Mediums fest zugeordnet ist. Die Positionen der Einlaufkanäle 18, 19 sind in Bezug auf die Drehrichtung des Kreiskolbens 1 so angeordnet, daß die Zuführung des entsprechenden Mediums stets in eine sich mit der Rotation des Kreiskolbens 1 vergrößernde Arbeitskammer 9 erfolgt; die Positionen der Auslaufkanäle 20, 21 dagegen ist so gewählt, daß die Abführung des Mediums stets aus einer sich mit der Rotation des Kreiskolbens 1 verkleinernden Arbeitskam mer 9 erfolgt.In the example, two inlet channels 18 , 19 for supplying media from the outside into two different working chambers and two outlet channels 20 , 21 for removing these media from the working chambers are incorporated into the housing 4 , the inlet channel 18 being the outlet channel 20 and the inlet channel 19 is permanently assigned to the outlet channel 21 with respect to the medium flowing through it. The positions of the inlet channels 18 , 19 are arranged with respect to the direction of rotation of the rotary piston 1 so that the supply of the corresponding medium always takes place in a working chamber 9 which increases with the rotation of the rotary piston 1 ; the positions of the outlet channels 20 , 21, on the other hand, is chosen such that the removal of the medium always takes place from a working chamber 9 that becomes smaller with the rotation of the rotary piston 1 .

Soll die Kreiskolbenmaschine z. B. als Ölpumpe betrieben werden, so sind die Welle 5 mit der Abtriebswelle eines Motors zu kop peln und die Einlaufkanäle 18, 19 über Leitungen mit einem Öl behälter zu verbinden. Die Drehbewegung der Welle 5 um die zweite Rotationsachse 6 wird über die Paßfeder 23 auf den Ex zenter 3 übertragen. Der Exzenter 3 nimmt bei seiner Rotation um die zweite Rotationsachse 6 den Kreiskolben 1 mit, der da durch mit seinen Kanten 27 die Gehäuseinnenfläche 8 über streicht und dabei um die erste Rotationsachse 2 rotiert; d. h. jede Kante 27 beschreibt während der Bewegung des Kreiskolbens 1 eine Kurve, die der Kontur der Gehäuseinnenfläche 8 ent spricht. Zahnrad 11 am Kreiskolben 1 und Ritzel 10 an der er sten Dichtungsscheibe 14 sorgen dabei für einen Zwangslauf des Kreiskolbens 1 relativ zur Welle 5 bzw. zum Exzenter 3 einer seits und relativ zum Gehäuse 4 andererseits. Die Zähnezahlen sind so gewählt, daß drei Umdrehungen der Welle 5 relativ zum Gehäuse eine Umdrehung des Kreiskolbens 1 relativ zum Gehäuse zur Folge haben. Das Ritzel 10 wird dabei von der ersten Dich tungsscheibe 14 verdrehsicher in Bezug auf das Gehäuse 4 gehal ten.If the rotary piston machine z. B. operated as an oil pump, the shaft 5 with the output shaft of a motor to be coped and the inlet channels 18 , 19 to be connected via lines with an oil container. The rotational movement of the shaft 5 about the second axis of rotation 6 is transmitted via the parallel key 23 to the center 3 Ex. The eccentric 3 takes the rotary piston 1 with it when it rotates about the second axis of rotation 6 , which strokes the inner surface 8 of the housing with its edges 27 and rotates about the first axis of rotation 2 ; ie each edge 27 describes a curve during the movement of the rotary piston 1 , which speaks ent the contour of the housing inner surface 8 . Gear 11 on the rotary piston 1 and pinion 10 on the most sealing washer 14 ensure that the rotary piston 1 rotates relative to the shaft 5 or the eccentric 3 on the one hand and relative to the housing 4 on the other hand. The number of teeth is selected so that three rotations of the shaft 5 relative to the housing result in one rotation of the rotary piston 1 relative to the housing. The pinion 10 is th from the first you device disk 14 against rotation with respect to the housing 4 th.

Während der Drehbewegung des Kreiskolbens 1 entsteht in den Ar beitskammern 9, die sich augenblicklich vergrößern, ein Unter druck, wodurch das Öl über die Einlaufkanäle 18, 19 in diese Arbeitskammern 9 gesaugt wird. Im weiteren Verlauf der Drehung werden die Einlaufkanäle 18, 19 durch eine der Kanten 27, die am Umfang des Kreiskolbens 1 an den Übergängen von Kolbenfläche zu Kolbenfläche vorhanden sind und die stets mit der Gehäusein nenfläche 8 Kontakt haben, verschlossen; das Öl wird mit den Arbeitskammern 9 weitergeschoben, bis die Auslaufkanäle 20, 21 freigegeben werden. Jetzt verringert sich das Volumen der Ar beitskammern 9 mit fortschreitender Drehung des Kreiskolbens 1 und das Öl wird durch die Auslaufkanäle 20, 21 über Drucklei tungen einem Verbraucher zugeführt.During the rotation of the rotary piston 1 is formed in the Ar beitskammern 9, the increase instantaneously, a negative pressure, whereby the oil via the inlet passages 18, is sucked into the work chambers 9 nineteenth In the further course of the rotation, the inlet channels 18 , 19 are closed by one of the edges 27 , which are present on the circumference of the rotary piston 1 at the transitions from piston surface to piston surface and which always have contact with the housing inner surface 8 ; the oil is pushed on with the working chambers 9 until the outlet channels 20 , 21 are released. Now the volume of the Ar beitskammern 9 with increasing rotation of the rotary piston 1 and the oil is fed through the outlet channels 20 , 21 via Drucklei lines to a consumer.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Durchflußmenge der Förder flüssigkeit proportional der Länge 14, da durch die Länge 14 die aktive Kolbenfläche bestimmt ist. Wird während des Betrie bes die Länge 14 durch Axialverschiebung der Baugruppe Kreis kolben 1, Dichtungsscheibe 14, Exzenter 3 und Welle 5 verrin gert, so reduziert sich die wirksame Kolbenfläche, Förderge schwindigkeit und Fördermenge werden kleiner, der Förderdruck steigt. Andererseits hat eine Vergrößerung der Länge 14 eine Zunahme der wirksamen Kolbenfläche und damit eine Zunahme des Förderstromes bei verringertem Druck zur Folge. Die Ausgleichs kanäle 22 sorgen während der Verschiebung der Baugruppe Kreis kolben 1, Dichtungsscheibe 14, Exzenter 3 und Welle 5 für einen Druckausgleich im passiven Abschnitt 16 des Arbeitsbereiches 12 und dem Ausgleichsbereich 13.As can be seen from Fig. 1, the flow rate of the delivery liquid is proportional to the length 14 , since the active piston area is determined by the length 14 . If the length 14 during operation is reduced by axial displacement of the assembly circle piston 1 , sealing washer 14 , eccentric 3 and shaft 5 , the effective piston area is reduced, the speed and the delivery rate become smaller, and the delivery pressure increases. On the other hand, an increase in length 14 results in an increase in the effective piston area and thus an increase in the flow rate at reduced pressure. The equalization channels 22 provide for a pressure equalization in the passive section 16 of the working area 12 and the equalizing area 13 during the displacement of the assembly circle piston 1 , sealing washer 14 , eccentric 3 and shaft 5 .

Wird die Kreiskolbenmaschine als Hydraulikmotor betrieben, so ist den Einlaufkanälen 18, 19 eine unter Druck stehende Flüs sigkeit zuzuführen. Der Kreiskolben 1 wird dadurch in Drehbewe gung versetzt und an der Welle 5 kann ein Drehmoment abgenommen werden. Die Größe dieses Drehmomentes ist abhängig von der in der zugeführten Flüssigkeit gespeicherten Energie und der akti ven Kolbenfläche, die durch die Länge 14 bestimmt ist. Mit ei ner Axialverschiebung der Baugruppe Kreiskolben 1, Dichtungs scheibe 14, Exzenter 3 und Welle 5 ändert sich die Länge 14 und damit die wirksame Kolbenfläche, d. h. das Abtriebsmoment kann bei gleichbleibendem Druck und gleichbleibender Fördermenge der zugeführten Flüssigkeit variiert werden. Da die Länge 14 in konstruktiv festlegbaren Grenzen stufenlos verändert werden kann, ist in eben diesen Grenzen eine ebenfalls stufenlose Änderung des Abtriebsmomentes möglich. If the rotary piston machine is operated as a hydraulic motor, the inlet channels 18 , 19 must be supplied with a liquid under pressure. The rotary piston 1 is thereby set in rotary movement and a torque can be taken off the shaft 5 . The size of this torque depends on the energy stored in the liquid supplied and the active piston area, which is determined by the length 14 . With egg ner axial displacement of the assembly rotary piston 1 , sealing washer 14 , eccentric 3 and shaft 5 , the length 14 and thus the effective piston area changes, ie the output torque can be varied with constant pressure and constant flow rate of the supplied liquid. Since the length 14 can be changed continuously within limits that can be determined by the design, a continuous change in the output torque is also possible within these limits.

Im Pumpen- wie auch im Motorbetrieb ist es darüber hinaus mög lich, die Ströme aus beiden Auslaufkanälen 20, 21 zu einem Vo lumenstrom zu vereinigen bzw. die den Einlaufkanälen 18, 19 zu geführten Ströme aus einem Volumenstrom aufzuzweigen, was vor teilhaft eine Vergleichmäßigung der Förderung bzw. der Ab triebsdrehzahl bewirkt. Denkbar ist es auch, jeweils unter schiedliche Medien durch Einlaufkanal 18 und Auslaufkanal 20 einerseits und Einlaufkanal 19 und Auslaufkanal 21 andererseits strömen zu lassen. Diese Betriebsweise ist z. B. für verschie dene Ölsorten möglich, die für geringfügige gegenseitige Durch mischung unempfindlich sind bzw. für die eine Durchmischung bis zu einem gewissen Grad erwünscht ist.In both pump and motor operation, it is also possible to combine the streams from both outlet channels 20 , 21 to form a volume flow or to branch the streams supplied to the inlet channels 18 , 19 from a volume stream, which before partial smoothing out Promotion or the output speed causes. It is also conceivable to allow different media to flow through inlet channel 18 and outlet channel 20 on the one hand and inlet channel 19 and outlet channel 21 on the other. This mode of operation is e.g. B. possible for various types of oil that are insensitive to slight mutual mixing or for which mixing is desired to a certain extent.

Weitere mögliche Betriebsweisen, wie z. B. Hydraulikpumpe im Einstrombetrieb oder Zuführung eines unter Druck stehenden Ar beitsmediums über lediglich einen der Einlaufkanäle und Ausnut zung der damit ausgelösten Drehbewegung des Kreiskolbens 1 zum Ansaugen eines zu fördernden Mediums über den zweiten Einlauf kanal, sind vorstellbar.Other possible modes of operation, such as. B. hydraulic pump in single-flow mode or supply of a pressurized Ar beitsmediums via only one of the inlet channels and Ausnut tion of the thus triggered rotary movement of the rotary piston 1 for sucking in a medium to be conveyed via the second inlet channel are conceivable.

Neben dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind abgewandelte Bauformen der erfindungsgemäßen Kreiskolbenmaschine denkbar, so eine Kreiskolbenmaschine mit einem im Querschnitt sternförmi gen, vierzackigen Kolben, der in einem dreibogigen Gehäuse läuft. Das Zahnradgetriebe ist hier so abgestimmt, daß vier Um drehungen des Exzenters relativ zum Gehäuse eine Umdrehung des Kreiskolbens relativ zum Gehäuse bewirken. Entsprechend der Ge häuseform sind hierbei drei Einlaufkanäle sowie drei Auslaufka näle vorzusehen, die mit den Arbeitsräumen verbunden sind, wo bei die Einmündungen in die Arbeitskammern zweckmäßig in unmit telbarer Nähe der Kanten der Gehäuseinnenkontur (Peritrochoide, Epitrochoide) anzuordnen sind. Auch die hierzu erforderlichen Bauteile sind fertigungstechnisch relativ einfach herstellbar; die Kreiskolbenmaschine erzielt einen hohen Gleichförmigkeits grad der Hydraulik.In addition to the illustrated embodiment, modified Designs of the rotary piston machine according to the invention conceivable, so a rotary piston machine with a star-shaped in cross section gen, four-pointed piston, in a three-armed housing running. The gear transmission is tuned here so that four order rotations of the eccentric relative to the housing one revolution of the Cause rotary piston relative to the housing. According to the Ge The shape of the housing is three inlets and three outlets provide channels that are connected to the work rooms where at the junctions in the working chambers expedient in immit close proximity to the edges of the housing inner contour (peritrochoid, Epitrochoids) are to be arranged. Also the necessary ones Components are relatively easy to manufacture in terms of production technology; the rotary piston machine achieves high uniformity degree of hydraulics.

Kreiskolbenmaschinen nach dem erfindungsgemäßen Prinzip mit mehr als vierzackigem Innenläufer (Kreiskolben) sind ebenfalls möglich, allerdings muß hier die Schlitzbreite der Einmündungen der Ein- und Auslaufkanäle in das Gehäuseinnere extrem schmal sein, und das Steuern des Öffnens und Schließens der Schlitze wird schwierig.Rotary piston machines according to the principle of the invention there are also more than four-pointed inner runners (rotary pistons) possible, but here the slot width of the junctions the inlet and outlet channels into the interior of the housing are extremely narrow and controlling the opening and closing of the slots becomes difficult.

Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Vorschlages be stehen in der Variierbarkeit der Leistungsdaten der Kreiskol benmaschine während des Betriebes sowohl als Pumpe wie auch als Motor, in der Erreichbarkeit eines gleichmäßigen Förderstromes bzw. einer gleichmäßigen Abtriebsdrehzahl, in der Vielseitig keit der Verwendungsmöglichkeiten und in dem relativ einfachen Aufbau.The main advantages of the proposal according to the invention be are the variability of the performance data of the circular piston machine during operation both as a pump and as Motor, in the accessibility of a constant flow or a constant output speed, in the versatile speed of use and in the relatively simple Construction.

BezugszeichenlisteReference list

1 Kreiskolben
2 erste Rotationsachse
3 Exzenter
4 Gehäuse
5 Welle
6 zweite Rotationsachse
7 Kolbenfläche
8 Gehäuseinnenfläche
9 Arbeitskammern
10 Ritzel
11 Zahnrad
12 Arbeitsbereich
13 Ausgleichsbereich
14 erste Dichtungsscheibe
15 aktiver Abschnitt des Arbeitsbereiches
16 passiver Abschnitt des Arbeitsbereiches
17 zweite Dichtungsscheibe
18, 19 Einlaufkanäle
20, 21 Auslaufkanäle
22 Ausgleichskanäle
23 Paßfeder
24 Nut
25 Außenkontur der zweiten Dichtungsscheibe
26 Gehäusenut
27 Kante am Kolbenumfang
l₀ Länge des Kreiskolbens
l₁ Länge des Arbeitsbereiches
l₂ Länge des Ausgleichsbereiches
l₃ Länge des passiven Abschnittes
l₄ Länge des aktiven Abschnittes 1 rotary piston
2 first axis of rotation
3 eccentrics
4 housing
5 wave
6 second axis of rotation
7 piston surface
8 inner surface of the housing
9 working chambers
10 sprockets
11 gear
12 work area
13 compensation area
14 first sealing washer
15 active section of the work area
16 passive section of the work area
17 second sealing washer
18 , 19 inlet channels
20 , 21 outlet channels
22 equalization channels
23 key
24 groove
25 outer contour of the second sealing washer
26 housing groove
27 edge on the circumference of the piston
l₀ length of the rotary piston
l₁ length of the work area
l₂ length of the compensation area
l₃ length of the passive section
l₄ length of the active section

Claims

1. hydraulic rotary piston machine for the continuous conversion of a mechanical rotary movement into pressure energy of a liquid column and vice versa,

with a circular piston, which has a plurality of piston surfaces, is rotatably mounted on an eccentric about a first axis of rotation and is enclosed in a radial and axial direction by a fixed housing,
- With a shaft which is rigidly connected to the eccentric in the direction of rotation and is rotatably mounted with it about a second axis of rotation,
- With gear links to achieve a defined relative movement between the rotary piston, eccentric and housing,
- With working chambers, the number of which depends on the design of the circular piston machine and which are each enclosed by a Kol benfläche and part of the housing inner surface, their volume depending on the position of the rotary piston are different relative to the housing, and
- With at least one inlet channel for supplying a medium to a working chamber and at least one outlet channel for discharging this medium from a working chamber, the supply line increasing in size with the rotation of the rotary piston and the discharge line decreasing in rotation with the rotary piston Working chamber is carried out, characterized,
- That the rotary piston ( 1 ) in the axial direction relative to the Ge housing ( 4 ) is displaceable,
- That the housing interior is divided in the axial direction into a working area ( 12 ) and a compensating area ( 13 ), one of the two lateral end faces of the rotary piston ( 1 ) always in the working area ( 12 ) and the other always in the compensating area ( 13 ) located,
- That, measured in the axial direction, the length (l₁) of the Ar beitsbereiches ( 12 ) and the length (l₂) of the compensation area ches ( 13 ) are approximately the same size and each of these lengths approximately the length (l₀) of the rotary piston ( 1 ) corresponds to
- That on the end face of the rotary piston ( 1 ), which is always in the working area ( 12 ), a first sealing washer ( 14 ) is arranged, which is axially displaceable with the rotary piston ( 1 ) ver, but relative to this about the second axis of rotation ( 6 ) is rotatably mounted and its outer contour, viewed in section perpendicular to the axes of rotation ( 2 , 6 ), corresponds to the contour of the housing interior ( 8 ),
- That the first sealing washer ( 14 ) fits precisely between the circular piston ( 1 ) and the housing ( 4 ) and thus the working area ( 12 ) is hermetically separated into two sections, an active section ( 15 ) and a passive section ( 16 ) whose axial lengths ( 13 , 14 ) are variable depending on the displacement position of the first sealing washer ( 14 ),
- That on the rotary piston ( 1 ) at the transition point from the active section ( 15 ) of the work area ( 12 ) to the compensation area ( 13 ) a second sealing washer ( 17 ) is arranged, which is rotatable with the rotary piston ( 1 ), but not with it is axially displaceable and its inner contour, viewed in section perpendicular to the axes of rotation ( 2 , 6 ), corresponds to the outer contour of the rotary piston ( 1 ),
- That the second sealing washer ( 17 ) is precisely fitted between the rotary piston ( 1 ) and housing ( 4 ), whereby the active section ( 15 ) of the working area ( 12 ) and the equalizing area ( 13 ) are hermetically separated,
- That the inlet and outlet channels ( 18 , 19 ; 20 , 21 ) for the supply and discharge of the pressure medium each in the active section ( 15 ) of the working area ( 12 ) with the working chambers ( 9 ) and the verbun
- That the passive section ( 16 ) of the working area ( 12 ) and the compensation area ( 13 ) are connected to one another via compensation channels ( 22 ).

2. Hydraulic rotary piston machine according to claim 1, characterized in that the rotary piston ( 1 ) has the geometry of an arc triangle in section perpendicular to the axes of rotation.

3. Hydraulic rotary piston machine according to claim 1 and 2, characterized in that two inlet and two Auslaufka channels are provided, each inlet channel ( 18 , 19 ) and each outlet channel ( 20 , 21 ) being connected to different working chambers ( 9 ).

4. Hydraulic rotary piston machine according to claim 1 to 3, characterized in that with the rotary piston ( 1 ) and the first sealing washer ( 14 ) and the eccentric ( 3 ) can be pushed ver.

5. Hydraulic rotary piston machine according to claim 1 to 4, characterized in that with the rotary piston ( 1 ), the most sealing washer ( 14 ) and the eccentric ( 3 ), the shaft ( 5 ) is displaceable.

6. Hydraulic rotary piston machine according to claim 1 to 5, characterized in that a gear pair is provided as a gear member to achieve the defined relative movement between the rotary piston ( 1 ), eccentric ( 3 ) and housing ( 4 ), in which the pinion ( 10 ) with External toothing on the first sealing washer ( 14 ) and the gear ( 11 ) with internal toothing on the rotary piston ( 1 ) is formed, the numbers behave so that three revolutions of the eccentric ( 3 ) relative to the first sealing washer ( 14 ) and thus to the housing ( 4 ) result in one revolution of the rotary piston ( 1 ).

7. Hydraulic rotary piston machine according to claim 1 to 6, characterized in that the equalizing channels ( 22 ), which connect the passive section ( 16 ) of the working area ( 12 ) and the equalizing area ( 13 ) communicating, during the engine operation of the rotary piston machine also with the an overflow channels (18,19) and ver with the outlet channels (20,21) during the pump operation of the rotary piston machine are connected.

8. Hydraulic rotary piston machine according to claim 1 to 7, characterized in that the two volume flows in the inlet channels ( 18, 19 ) have arisen from an originally common volume flow.

9. Hydraulic rotary piston machine according to claim 1 to 8, characterized in that the two volume flows from the two outlet channels ( 20 , 21 ) are further combined to form a common volume flow.