DE19718575A1 - Kolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung beschreibt ein Kolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Kolbenmaschine der genannten Art sind vielfältig bekannt geworden, denen gemeinsam ist, daß diese den an sie gestellten Anforderungen nur unvoll­ kommen genügen oder mit sehr hohem techni­ schen Aufwand genügen. Die bekanntesten Bauarten für die Anwendung im Hydraulikbereich und die Beaufschlagung mit Hydraulikflüssigkeit sind in Form von Radialkolbenmaschinen oder Axialkolbenmaschinen ausgeführt oder in Form von Zahnradmaschinen mit Innen- oder Außenverzahnung oder in Form von Flügelzellenmaschinen und besitzen i. d. R. eine Nabe, um welche die Zylinder o. ä. bzw. die Verdränger rotieren. Weniger gebräuchlich sind Schubkolbenmaschinen mit Kurbel oder Exzenter. Insbesondere ist für langsamlaufende Maschinen entweder ein Zusatzgetriebe nötig oder die Maschinen werden groß, schwer und teuer. Wegen der nötigen geometrischen Anordnung der Bauteile zueinander und der Gehäuse-Verbindungsteile bauen solche Maschinen stark auf, besitzen großes Gewicht und vergrößern bei schnellaufenden Einheiten das Trägheitsmoment in ungünstiger Weise.

Die Erfindung vermeidet die dargestellten Nachteile und löst die Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil genannten Merkmale.

Die Erfindung wird anhand von vier Figuren erläu­ tert, wobei

die Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Zweizylinder-Kol­ benmaschine,

die Fig. 1a eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Zweizylinder-Kol­ benmaschine mit Bezugszeichen,

die Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Einzylinder-Kol­ benmaschine,

die Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Einzylinder-Kol­ benmaschine mit Bezugszeichen darstellt.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß wesentliche Produktions-, Wartungs- und Instand­ haltungs-Kostenfaktoren bei Kolbenmaschinen und Kolbenmaschinenanordnungen der genannten Art durch die Zahl der Bauelemente und die Einfachheit und geringe Größe für ein bestimmtes Moment oder eine bestimmte Leistung gegeben sind.

Die in den Figuren dargestellten Ausfürungsform vermeiden die bekannten Nachteile dadurch, daß erfindungsgemäß die Bauteile in etwa konzentrisch um ein Achse 6, 46 angeordnet sind und aus wenigen Bauelementen bestehen. Toträume und Gehäuseteile, die nur zum Verbinden der relativ weit voneinander entfernt liegenden Bauelement gebraucht werden, entfallen hier weitestgehend. Der Teil, der für die Volumenänderungsarbeit aktiv gebraucht wird, ist hier völlig dominierend.

Die Beschreibung bezieht sich beispielhaft für die Ausführung als Hydromotor. Andere Ausführungsformen, z. B. Hydropumpe oder pneumatische bzw. Brenngasmaschine sind in entsprechenden baulichen Varianten durchzubilden.

Die Kolbenmaschine gemäß der Fig. 1, 1a, 2, 2a besteht im wesentlichen aus den Gehäuseabschnitten für die Zylinder 1, 31, 32, den Gehäuseabschnitten für die Druckmittelsteuerung 34 und den Gehäuseabschnitten für die Träg- und Anschlußkonstruktion 2, 33. Letzerer Gehäuseabschnitte ist mit einem Anschlußflansch ausgestattet und mit einer kräftigen Lagerung der Welle zum Übernehmen großer radialer und axialer Kräfte, z. B. für die Direktaufnahme einer Seilwindentrommel o. ä. Bei Bedarf kann dieser Abschnitt noch wesentlich leichter und kleiner konzipiert werden mit einer Drehmomentstütze.

In dem Zylinder 1 oder in den Zylindern 31, 32 befinden sich die für die Welle 6, 46 hohlgebohrten Kolben 4, 35. Die Welle 6, 46 stellt auch gleichzeitig die Kolbenstange dar. Die Kolben sind axial verschieblich und drehfest mit der Welle 6, 46 verbunden. Bei der Drehung der Welle 6, 46 werden die Kolben 4, 35 durch die Laufrollen 5, 40 auf Kurvenbahnen zwangsgeführt. Die Kurvenbahnen und zwei mal drei Laufrollen 5, 40 sind vorzugsweise so ausgeführt, daß mit jeder Umdrehung dreimal eine sinusförmige Bahnkurve erzeugt wird.

In den Fig. 1, 1a sind die Kurvenbahnen 41 fest mit dem Zylindern 31, 32 verbunden und die Laufrollen 40 sind in axialer Bewegungsrichtung fest mit dem Kolben 35, 44 verbunden. Die Kolben werden in dem Zylindern 31, 32 geführt und mittels Dichtungen 36 gegen die Zylinderwände als auch gegen die Welle 46 gedichtet. In dem Beispiel nach diesen Figuren sind die Kolben geteilt und mittels doppelwirkenden Axiallagern 37 sind die Teile verbunden. Der Kolbenträger 44 verfügt auf der wellenzugewandten, inneren Seite über eine Innenverzahnung, die mit der Außenverzahnung der Welle 46 in Eingriff steht. Diese Verzahnungen erlauben eine axiale Verschiebung und eine drehfeste Verbindung zwischen Kolbenträger 44 und Welle 46. Weiterhin besitzt der Kolbenträger 44 auf der äußeren Seite die Laufrollen 40, die auf den Bahnkurven 41 abrollen können und die Kolben axial bezogen auf einen bestimmten Drehwinkel fest einspannen. Aus Gründen der Herstell- und Montierbarkeit ist die Welle 46 geteilt und mittels der Zahnverbindung 42 und der Spannschraube 46 sind die beiden Wellenteile miteinander verbunden. Die Zylinderräume sind durch die Stirnwände 39 und Dichtungen 38 sowie die Kolben und eine Zwischenwand 42 voneinander getrennt. Die Druckflüssigkeit wird entsprechend der Drehwinkel der Welle durch die Verteiler im Verteilergehäuse 34 und Kanäle in den Gehäuseteilen den Zylinderräumen zugeteilt und abgelassen.

Die Fig. 2, 2a zeigt sinnvolle Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung. Die Kolben 4 befinden sich gemeinschaftlich in dem Zylinderraum des Zylinders 1. Die Kolben 4 trennen drei Zylinderteilräume ab, die gegeneinander und nach außen durch die Dichtungen 4a, 4c, 23, 23a gedichtet werden. Zur Verbesserung des Gleitverhaltens sind die Kolben 4 mit Gleitmaterial 4b zu den Zylinderflächen ausgestattet. Die Kolben 4 sind selbst mit Kurvenbahnen versehen, auf denen die Laufrollen 5 abwälzen und die Kolben 4 axial fest einspannen bezogen auf einen bestimmten Drehwinkel der Welle 6. Die Laufrollen 5 sind fest mit dem Zylindergehäuse 1 z. B. mittels Konus 5a und Spannmutter 5b verbunden. Die Herstellung der Sitzfläche für die Laufrolle 5 innerhalb des Zylinders kann durch Rückwärtssenker erzeugt werden. Die Kurvenbahnen der Kolben 4 und der Laufrollen 5, sind vorzugsweise so ausgeführt, daß mit jeder Umdrehung dreimal eine sinusförmige Bahnkurve erzeugt wird.

Die Kolben 4 besitzen eine Kugellaufbüchse 7, die die Kolben 4 mit der Welle 6 drehfest, jedoch axial verschieblich miteinander verbindet. Die Druckflüssigkeit wird durch die Zuläufe (Abläufe) P1, P2 je nach gewünschter Drehrichtung der Maschine zugeführt. Die Tankleitung am Anschluß T nimmt die Leckagen aus den an sich drucklosen Räumen z. B. über den Kanal 13 auf. Die Verteilung der Druckflüssigkeit geschieht über den Verteiler 3 am hinteren Wellenende der Welle 6. Die dort eingefrästen Kanäle kommunizieren mit dem Verteilerring 24 und Kanalscheiben 12. Kanäle 9, 10, 11, 17 stehen mit den Zylinderabschnitten in Verbindung. Die Bahnkurven der Kolben 4 jedes Zylinderabschnitts sind so gegeneinander versetzt, daß bei einer geeigneten Beaufschlagung mit Druckflüssigkeit ein gleichmäßiges Drehmoment an der Welle 6 entsteht. Eine Verschiebung von 90° bezogen auf einen einfachen Ablauf einer Kurve (in diesem speziellen Fall mit 2 mal 3 Laufrollen je Zylinderabschnitt sind es 30° bezogen auf eine Wellenumdrehung) sind ein günstiger Wert. Die Bahnen der Kolben 4 überlappen sich und die Dichtungen 4c schleifen in Teilbereichen zeitlich nacheinander über die gleichen Wellenabschnitte der Welle 6.

Das sehr kräftige Lagergehäuse 2 ist mit einem Aufnahmeflansch 16 versehen und trägt die Lager 15, 15a Das Kegelrollenlager 15 wird mittels Stellring 22 und Gewinde vorgespannt. Der Ring 22 ist mittels Dichtungsträger 20 und Dichtung nach außen abgedichtet. Der Dichtungsträger ist mittels Sprengring 21 gesichert.

In einer noch kompakteren, hier nicht weiter dargestellten begünstigten Bauform sind die Überlappungsbereiche noch größer und die Dichtungen schleifen auch über Bereiche der Kugelführung 8. Zur sicheren Abdichtung sind die Dichtungen 4c auf der Welle 6 am vorderen und hinteren Ende der Kolben 4 in etwa symmetrisch doppelt ausgeführt. Die Abdichtung erfolgt wechselweise mit der vorderen und/oder mit der hinteren Dichtung.

Claims (9)

1. Kolbenmaschine mit hintereinander liegenden Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (4, 35) von einer Welle (6, 46) durchbohrt sind und von Kurvenscheiben (41) am Zylinder (den Zylindern) oder Kurvenscheiben an den Kolben (4), auf denen Rollen (5, 41) beidseitig wälzen und die Kolben einspannen und dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (4) oder Kolbenträger (44) drehfest (47, 7, 8) mit der Welle (6, 46) verbunden sind und daß zu den Drehwinkel der Welle (6, 46) geeignete axiale Verschiebungen der Kolben (4, 35) gehören.

2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (46) geteilt ist und die Teile miteinander drehfest (43) verbunden sind.

3. Kolbenmaschine nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (35, 44) mehrstückig ausgeführt sind und die Kolbenträgerteile (44) drehfest mit der Welle (46) verbunden sind die Kolbenbodenteile mit Lagern (37) mit dem Kolbenträgern verbunden sind.

4. Kolbenmaschine nach dem Hauptanspruch, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kolben (4) in einem Zylinder arbeiten, daß die Kolben teilweise in überlappenden Bereichen zeitlich nacheinander sich bewegen und daß die Beaufschlagung mit dem Druckmedium so erfolgt, daß eine optimale Ausnutzung der axialen Bewegung genutzt wird.

5. Kolbenmaschine nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (4) selbst die Kurvenscheiben tragen oder als Kurvenscheiben in Teilen ausgebildet sind (Fig. 2, 2a) und daß die Laufrollen (5) fest mit dem (den) Zylinder(n) verbunden sind.

6. Kolbenmaschine nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (4) durch Kugelbüchsen (7, 8) mit der Welle (6) drehfest und axial verschieblich verbunden sind.

7. Kolbenmaschine nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (6, 46) mit Druckmittelkanälen (11) durchbohrt ist

8. Kolbenmaschine nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (6, 46) einen Druckmittelverteiler besitzt, der über einen Vielzahl von Scheiben (12) mit eingearbeiteten Kanälen verfügt, die abgedichtet miteinander verbunden sind.

9. Kolbenmaschine nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (4) über Dichtungen (4c) gegenüber der Welle (6) verfügen und daß diese Dichtungen jeweils eine Dichtung an jedem Kolbenende angebracht ist und daß diese Dichtungen über Laufbahnen (8) der Mitnehmer, vorzugsweise einer Kugelbüchse, teilweise streifen und dabei abwechselnd die Dichtfunktion innehaben.