DE2042962A1

DE2042962A1 - Piston engine

Info

Publication number: DE2042962A1
Application number: DE19702042962
Authority: DE
Inventors: Anton Illnau Steiger (Schweiz) P FOIc21 04
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1970-08-24
Filing date: 1970-08-29
Publication date: 1972-03-02
Also published as: ES394442A1; FR2105930A5; AT302739B; CH520873A

Description

P. 4467P. 4467

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz Sulzer Brothers Aktiengesellschaft, Winterthur / Switzerland

KolbenmaschinePiston engine

Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine mit in Zylinderbohrungen axial beweglichen Kolben, die als Motor oder Pumpe arbeiten kann.The invention relates to a piston machine with pistons which are axially movable in cylinder bores and which act as a motor or pump can work.

Es sind Kolbenmaschinen dieser Art bekannt, die als hydraulische Motoren oder als Pumpen arbeiten können. Die bekannten Kolbenmaschinen haben gesamthaft den Nachteil, dass sie von den Kolben getrennte Steuerorgane benötigen, die in axialer Richtung der Maschine befindlichen Raum benötigen. Die bekannten Kolbenmaschinen eignen sich daher nicht zu einem axialen Zusammenbau mehrerer Einheiten, die z. B. sternförmig angeordnete Kolben haben können. Ein derartiger Zusammenbau ist jedoch erforderlich, wenn Einheiten zu Motoren oder Pumpen grösserer Leistung kombiniert werden sollen. Auch ist es in vielen Anwendungsfällen, wie z. B. bei hydraulischen Getrieben wichtig, dass die Kolbenmaschine in axialer Richtung möglichst wenig Raum beansprucht.There are known piston machines of this type which can work as hydraulic motors or as pumps. The known piston machines have the overall disadvantage that they require control elements that are separate from the pistons, which require space in the axial direction of the machine. The known piston machines are therefore not suitable for an axial assembly of several units which, for. B. can have a star-shaped piston. One of those However, assembly is required when units are combined to form motors or pumps of greater power should. It is also used in many applications, such as B. in hydraulic transmissions it is important that the piston machine takes up as little space as possible in the axial direction.

-2--2-

209810/0222209810/0222

Die Erfindung hat die Schaffung einer Kolbenmaschine zum Ziel, welche die genannten Nachteile nicht aufweist, keinen besonderen Steuermechanismus erfordert und daher weniger Raum beansprucht als bisherige Kolbenmaschinen der gleichen Grosse,und die zum Zusammenbau mehrerer Einheiten in der Form eines Paketes geeignet ist. Die erfindungsgemässe Kolbenmaschine hat gegenüber den bekannten Kolbenmaschinen der erwähnten Art noch zusätzliche Vorteile, wie durch kurze Kanäle bedingte geringe Strömungsverluste, geringere Reibungsverluste und zudem noch einen bedeutend einfacheren mechanischen Aufbau.The invention aims to create a piston machine which does not have the disadvantages mentioned, requires no special control mechanism and therefore takes up less space than previous piston engines the same size, and those for assembling several Units in the form of a package is suitable. The piston machine according to the invention has compared to the known Piston machines of the type mentioned still have additional advantages, such as low flow losses caused by short ducts, lower friction losses and also one more significantly simpler mechanical structure.

Die erfindungsgemässe Kolbenmaschine, durch welche dieses Ziel erleichtert wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben mit mindestens einer in axialer Richtung verlaufenden Nut versehen ist, die mit dem Zylinderraum in Verbindung steht und zur Zusammenwirkung mit am Umfang der Zylinderbohrung an beiden Seiten der Nut angeordnete Steueröffnungen von Kanälen für die Zufuhr und die Ableitung eines Druckmittels bestimmt ist, und dass ein Mechanismus vorgesehen ist, welcher eine überlagerte hin- und hergehende Drehbewegung des Kolbens um seine Längsachse während seines Hubes bewirkt, derart, dass je nach der Hubrichtung eine Verbindung der Nut mit der einen oder mit der anderen Steueröffnung entsteht.The piston machine according to the invention, by means of which this goal is facilitated, is characterized in that that the piston is provided with at least one groove running in the axial direction, which is connected to the cylinder space is in connection and for cooperation with arranged on the circumference of the cylinder bore on both sides of the groove Control openings of channels for the supply and discharge of a pressure medium is intended, and that a mechanism is provided, which a superimposed reciprocating rotary movement of the piston about its longitudinal axis during its stroke causes such that, depending on the stroke direction, a connection of the groove with the one or with the other control opening arises.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Zeichnungen.Further details of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment based on the accompanying drawings.

-3-209810/0222 -3- 209810/0222

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 den Schnitt einer erfindungsgemässen Kolbenmaschine, die als hydraulischer Motor oder als Pumpe arbeiten kann, und zwar nach der Linie I - I in der Fig. 2,1 shows the section of a piston machine according to the invention, which can work as a hydraulic motor or as a pump, namely according to the line I - I in Fig. 2,

Fig. 2 im Oberbereich den Schnitt II - II aus der Fig. 1 und im unteren Bereich den Schnitt Ha - Ha aus der Fig. 1,FIG. 2 in the upper area the section II - II from FIG. 1 and in the lower area the section Ha - Ha from of Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt III· -^ III aus der Fig. 2 undFig. 3 the section III · - ^ III from Fig. 2 and

Fig. 4 im linken Teil den Schnitt IV - IV und im rechten Teil den Schnitt IVa - IVa aus der Fig. 1.4 shows section IV - IV in the left part and section IVa - IVa from FIG. 1 in the right part.

Die in der Fig. 1 dargestellte Kolbenmaschine enthält einen ringßrmigen Zylinderblock 1, in welchem sternförmig sechs Zylinderbohrungen 2 ausgebildet sind. Die Zylinderbohrungen 2 dienen zur Führung von Kolben 3, welche sich auf ebene Flächen 4 eines Steines 5 abstützen. Der Stein 5 ist auf einem Exzenter 6 einer Exzenterwelle 7 bzw. einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert. Die Zylinderbohrungen 2 sind alle durch Deckel 8 verschlossen, die mittels Schrauben 9 befestigt sind. Der Zylinderblock 1 ist mit Bohrungen 10, 11 versehen, die zur Durchführung von Schrauben bestimmt sind, die zur Befestigung von seitlichen Deckeln dienen, die z. B. aus Fig. 3 und 4 ersichtlich sind und später behandelt werden. Ausserdem ist der Zylinderblock an einer Stelle mit einer Eingangsbohrung 12 für ein hydraulisches Druckmittel und einer Ausgangsbohrung 13 für diesesThe piston machine shown in Fig. 1 includes an annular cylinder block 1, in which star-shaped six cylinder bores 2 are formed. The cylinder bores 2 serve to guide pistons 3, which are supported on flat surfaces 4 of a stone 5. Of the Stone 5 is mounted on an eccentric 6 of an eccentric shaft 7 or a crank pin of a crankshaft. The cylinder bores 2 are all closed by covers 8, which are fastened by means of screws 9. The cylinder block 1 is provided with holes 10, 11, which are intended for the implementation of screws for fastening lateral Serve lids z. B. from Fig. 3 and 4 can be seen and will be dealt with later. Also is the cylinder block at a point with an inlet bore 12 for a hydraulic pressure medium and an outlet bore 13 for this

-4-209810/0222 -4- 209810/0222

-A--A-

Mittel versehen. Die Bohrungen 12, 13 sind durch Verbindungskanäle 14, 15 mit Ringkanälen für das Druckmittel verbunden, die in den Deckeln ausgebildet sind und später beschrieben werden.Funds provided. The bores 12, 13 are connected by connecting channels 14, 15 with ring channels for the pressure medium, which are formed in the lids and will be described later.

Wie aus der Fig. 1 und dem unteren Teil der Fig. ersichtlich ist, ist jeder Kolben 3 mit einer in axialer Richtung des Kolbens verlaufenden Nut 16 versehen, die von der Stirnfläche 17 des Kolbens führt, mit dem Zylinderraum der Zylinderbohrung 2 in Verbindung steht und in einem fe Zwischenbereich der Länge des Kolbens endet. Die Nut 16 ist zur Zusammenwirkung mit Steueröffnungen 19, 20 bestimmt, die am Umfang jeder Zylinderbohrung 2 an beiden Seiten der Nut 16 ausgebildet sind und durch die Mündungen von Kanälen 21, 22 für die Zufuhr bzw. die Ableitung des Druckmittels gebildet werden.As can be seen from Fig. 1 and the lower part of the figure, each piston 3 is axially with one Groove 16 extending in the direction of the piston and leading from the end face 17 of the piston with the cylinder space the cylinder bore 2 is in communication and ends in a fe intermediate region of the length of the piston. The groove 16 is intended to interact with control openings 19, 20 on the circumference of each cylinder bore 2 on both sides of the groove 16 are formed and through the mouths of channels 21, 22 for the supply and discharge of the pressure medium are formed.

Wie ebenfalls aus der Fig. 1 hervorgeht, sind die unteren Enden der Kolben 3 mit flanschartigen Vorsprüngen 23 versehen, die an einer Seite einen Hebelarm 24 bilden, in welchem ein Führungsschlitz 2 5 ausgebildet ist. Im Füh- - rungsschlitz 2 5 ist ein Zapfen 26 geführt, der am Stein 5 befestigt ist, wobei zwischen dem Zapfen 26 und dem Führungsschlitz 2 5 ein nichtdargestellter Gleitstein angeordnet sein kann.As can also be seen from FIG. 1, the lower ends of the pistons 3 have flange-like projections 23, which form a lever arm 24 on one side, in which a guide slot 2 5 is formed. In the lead - Rungsschlitz 2 5 a pin 26 is guided, which is attached to the stone 5, between the pin 26 and the guide slot 2 5 a sliding block, not shown, can be arranged.

Wie insbesondere aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, sind an beiden Seiten des Zylinderblocks 1 Deckel 30, 31 befestigt, in welchen Ringkanäle 32, 33,34 und 35 ausgebil det sind. Ein Paar der Kanäle an beiden Seiten des Zylinder- As is apparent in particular from FIGS. 3 and 4, of the cylinder block 1 on both sides of lid 30, 31 is secured, in which annular channels 32, 33,34 and 35 are ausgebil det. A pair of channels on either side of the cylinder

-5-'2 09810/0222-5-'2 09810/0222

blocks 1, ζ. B. die Kanäle 32 und 33, dient zur Ableitung des Druckmittels, das andere Paar 34, 35 zu seiner Zufuhr. Wie aus Fig. 2 und 3 hervorgeht, sind die Ringkanäle durch Taschen 36, 37 mit den zugehörigen Steueröffnungen bzw. Kanälen verbunden. Wie ebenfalls aus der Fig. 3 hervorgeht, sind die Nuten 16 und die Steueröffnungen im Riben bzw. im Zylinder achssymmetrisch ausgebildet, so dass sich die seitlichen hydraulischen Drücke gegenseitig aufheben. Gleichzeitig wird durch die symmetrische Anordnung die Möglichkeit gewonnen, gesamthaft viel grössere Strömungsquerschnitte zu erhalten als es bei den bekannten Maschinen dieser Art möglich war.blocks 1, ζ. B. the channels 32 and 33, is used to divert the pressure medium, the other pair 34, 35 for its supply. As can be seen from Fig. 2 and 3, the annular channels are through pockets 36, 37 with the associated control openings or Channels connected. As can also be seen from FIG. 3, the grooves 16 and the control openings are in the rubbing or formed axially symmetrical in the cylinder, so that the mutually cancel lateral hydraulic pressures. At the same time, the symmetrical arrangement makes it possible gained to obtain overall much larger flow cross-sections than is the case with the known machines this kind was possible.

Bei einer Drehbewegung der Exzenterwelle 7 führt der Exzenter 6 und mit ihm der Stein 5 eine Umlauf bewegung aus. Boi dieser Bewegung werden die Kolben 3 in den Zylinderbohrungen 2 hin- und herbewegt, wobei sie entweder durch das Druckmittel gegen die Fläche 4 des Steines 5 gepresst werden oder bei einer Ansaugbewegung durch Köpfe 27 der Zapfen 26 gezogen werden. Gleichzeitig führen sie eine sinus förmige Schwenkbewegung um ihre Längsachse aus, und zwar unter dem Einfluss des Hebelarmes 24 und des Zapfens 26. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass durch die Schwenkbewegung die Nut 16 abwechselnd in Verbindung mit der Steueröffnung 21 und der Steueröffnung 22 gelangt bzw. mit dem Paar der betreffenden Oeffnungen, wenn diese achssymmetrisch angeordnet sind.When the eccentric shaft 7 rotates, the eccentric 6, and with it the stone 5, make a revolution the end. During this movement, the pistons 3 are in the cylinder bores 2 moved back and forth, being either pressed against the surface 4 of the stone 5 by the pressure medium or are pulled through the heads 27 of the pegs 26 during a suction movement. At the same time they run a sinus shaped pivoting movement about its longitudinal axis, namely under the influence of the lever arm 24 and the pin 26. The arrangement is such that the pivoting movement the groove 16 comes alternately in connection with the control opening 21 and the control opening 22 or with the Pair of openings in question, if these are arranged axially symmetrically.

209810/0222209810/0222

Dadurch wird in den Zylinderraum Druckmittel eingeführt oder es wird aus diesem abgeleitet. Durch die Schwenkbewegung des Kolbens wird dabei die Verbindung der Nut 16 mit der Oeffnung 19 bzw. 20 so gesteuert, dass am Anfang und am Ende der Hubbewegung der Verbindungsquerschnitt klein ist, in der Mitte der Hubbewegung am grössten. Das hat den Vorteil, dass der Verbindungsquerschnitt jeweils zur Kolbengeschwindigkeit proportional ist. Da ausserdem bei der bevorzugten Ausführung, wie bereits erwähnt, die Kanäle und Steueröffnungen doppelt ausgeführt sind, hat die erfindungsgemässe Kolbenmaschine gegenüber den bisherigen Maschinen wesentlich niedrigere Strömungsverluste.As a result, pressure medium is introduced into the cylinder space or it is diverted from it. Through the Pivoting movement of the piston, the connection of the groove 16 with the opening 19 or 20 is controlled so that on At the beginning and at the end of the lifting movement the connection cross-section is small, in the middle of the lifting movement it is largest. That has the advantage that the connection cross-section is proportional to the piston speed. Since also with the preferred embodiment, as already mentioned, the channels and control openings are designed twice, has the invention Compared to previous machines, piston machine has significantly lower flow losses.

Wie noch aus der Fig. 3 hervorgeht, ist die Exzenterwelle 7 in Lagerbüchsen 40 gelagert, die in den Dek-. kein 30 und 31 befestigt sind. Dadurch wird ein besonders einfacher Aufbau der Maschine erhalten.As can also be seen from FIG. 3, the eccentric shaft 7 is mounted in bearing bushes 40, which are in the Dek-. no 30 and 31 are attached. This gives the machine a particularly simple structure.

Die erfindungsgemässe Kolbenmaschine kann auch auf einfache Weise mit einer hydrostatischen Schmierung versehen werden, so dass eine Abnützung durch metallischen Abrieb praktisch verhindert werden kann. Wie aus der Fig. hervorgeht, ist zu diesem Zweck jeder Kolben 3 mit einer axialen Bohrung 41 versehen, an deren oberen Ende sich eine Drosselstelle 42 befindet. Die Bohrung 41 führt in eine am anderen Ende des Kolbens 3.ausgebildete Oeltasche 43, die durch einen ringförmigen Vorsprung 44 begrenzt ist. Der Steil 5 ist mit Verbindungsbohrungen 4 5 versehen, wel-The piston machine according to the invention can also be provided in a simple manner with hydrostatic lubrication be provided so that wear and tear due to metallic abrasion can be practically prevented. As shown in Fig. is apparent, each piston 3 is provided for this purpose with an axial bore 41, at the upper end of which a throttle point 42 is located. The bore 41 leads into an oil pocket 43 formed at the other end of the piston 3, which is limited by an annular projection 44. The steep 5 is provided with connecting bores 4 5, wel-

209810/0222209810/0222

in eine Oeltasche 46 führen, die sich in der inneren Bohrung des Steines 5 befindet. Schliesslich ist der Exzenter mit einer radialen Bohrung 47 versehen, welche über eine axiale Bohrung 48 mit radialen Bohrungen 49 an den belasteten Stellen der Lagerzapfen der Exzenterwelle 7 in Verbindung steht. Durch die Bohrungen 47, 48 und 49 kann das Drucköl jeweils derjenigen Stelle der Exzenterwelle zugeführt werden, an welcher der höchste Druck herrscht.lead into an oil pocket 46 which is located in the inner bore of the stone 5. Finally, the eccentric is provided with a radial bore 47, which via an axial bore 48 with radial bores 49 on the loaded Set the journal of the eccentric shaft 7 in connection. The pressurized oil can through the bores 47, 48 and 49 are fed to that point of the eccentric shaft at which the highest pressure prevails.

Im Betrieb wird durch die Bohrung 41 den Oelta-During operation, the oil through hole 41 is

schen 4 3 und 46 aus dem Druckraum des Zylinders OeI mit Jbetween 4 3 and 46 from the pressure chamber of the cylinder OeI with J

einem derartigen Druck zugeführt, dass sich die auf den Kolben wirkenden Kräfte aufheben und der Kolben an einer metallischen Berührung mit dem Exzenter gehindert wird. Die Drosselstelle 42 hat dabei die Auigabe, bei einer eventuellen Ansaugbewegung des Kolbens und grossen negativen dynamischen Kräften einen Abfluss des Oeles aus der Bohrung 41 durch einen allfälligen Ringspalt im Bereich der Tasche 43 zu drosseln.supplied to such a pressure that the forces acting on the piston cancel each other and the piston at a metallic contact with the eccentric is prevented. The throttle point 42 has the Auigabe at one possible suction movement of the piston and large negative dynamic forces cause the oil to drain out of the bore 41 to throttle through a possible annular gap in the area of the pocket 43.

209810/0222209810/0222

Claims

Piston machine with at least one piston movable in a cylinder bore, which acts as a motor or Pump can work, characterized in that the piston (3) with at least one in the axial direction extending groove (16) is provided, which is in communication with the cylinder space and to cooperate with am Circumference of the cylinder bore on both sides of the groove arranged control openings (19, 20) of channels (21, 22) is intended for the supply and discharge of a pressure medium, and that a mechanism (24, 26) is provided is, which is a superimposed reciprocating rotary movement of the piston (3) about its longitudinal axis during its The stroke causes a connection of the groove (16) with one or the other depending on the stroke direction Control opening (19, 20) is created.

2. Machine according to claim 1, characterized in that the machine has several, arranged radially and in a star shape Piston (3) ;. has, and with an eccentric or. Crankshaft (7) is provided, the eccentric or crank pin (6) is surrounded by a stone (5) which has flat support surfaces (4) to support the individual pistons (3) having.

-9-

209810/0222

2CK2962

3. Machine according to claim 2, characterized in that the piston. (3) with lateral lever arms (24) are provided which cooperate with the surfaces (4) of the stone (5) arranged guide elements (26) and the cause superimposed rotary movement of the pistons (3) during their stroke movement.

4. Machine according to claim 3, characterized in that the lever arms (24) contain radial incisions (25), in which pins (26) attached to the stone (5) are guided.

5. Machine according to claim 1, characterized in that two grooves (16) in the piston (3) and two pairs of openings (19, 20) in the cylinder (2) are axially symmetrical.

6. Machine according to claim 2, characterized in that the cylinders (2) in an annular part (1) are formed, on the two flat side surfaces cover (31) are "attached" in which annular channels (32 - 35) are designed for the supply and for the discharge of the pressure medium, which via connecting channels (21, 22) are in communication with the control openings (19, 20).

7. Machine according to claim 6, characterized in that the eccentric or crankshaft (7) in bearing bushes (40), which are fastened in. The side covers (30, 31).

-10- 209810/0222

8. Machine according to claim 6, characterized in that ^ that the control openings (19, 20) for the supply and for the discharge of the pressure medium in the cylinder bore (2) at the same height, viewed in the axial direction of the cylinder, are arranged so that the ring channels (32-35) are provided with radial pockets (36, 37) which form the ring channels with the corresponding control openings (19, 20) and that the groove (16) from the end face of the piston (3) leads and ends in an intermediate region the length of the piston.

209810/0222209810/0222

Blank page