DE2111983A1

DE2111983A1 - Kolbenmaschine

Info

Publication number: DE2111983A1
Application number: DE19712111983
Authority: DE
Inventors: Mcleod Donald Patterson
Original assignee: Dowty Technical Developments Ltd
Current assignee: Dowty Technical Developments Ltd
Priority date: 1970-03-14
Filing date: 1971-03-12
Publication date: 1971-10-07
Also published as: DE2111983B2; JPS5247162B1; DE2112078A1; GB1304101A; JPS5131521B1; US3669568A

Description

Patentanwälte Or. Ing. H. Negsncbnk

Dipl. !ng. Il Heuck Dipl. Ph/3. W. Schmitz

S München 1 £/: Jozstfcir.23 Tel. 5 33 C5 36

Dowty Technical Developments
Limited

Brockhampton Park

Brockhampton, Cheltenham/England 12. März 1971

Anwaltsakte M-I523

Kolbenmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenmaschine und insbesondere auf eine Kolbenmaschine mit einer umlaufenden Zylindertrommel, in der Zylinder parallel oder geringfügig geneigt zur Trommeldrehachse angeordnet sind, einer schwenkbaren Schiefscheibe, in den Zylindern einsitzenden Kolben, die mit der Schiefscheibe zusammenwirken und dadurch während des Umlaufs der Zylindertrommel

• hin- und herverstellt werden, und einer mit der Trommel zusammeni

j wirkenden Ventileinrichtung, die die' Zylinder während des Trommelg

Umlaufs abwechselnd mit einer feststehenden Hochdrucköffnung und '

j einer feststehenden Niederdrucköffnung in der Ventileinrichtung

I
verbindet.

Bei derartigen Kolbenmaschinen ist die Schwenkachse der Schiefscheibe normalerweise derart angeordnet, daß sie in der Kippebene der Kolben gegenüber der Schiefscheibe liegt und ferner die Trommeldrehachse schneidet. Die Kippebene der Kolben wird als diejenige Ebene definiert, die die Mittelpunkte der Kippbewegung jedes Kolbens relativ zur ebenen Schrägfläche der Schiefscheibe

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i enthält. Falls zwischen den Kolben und cer Schiefscheiben-Schräg flache über Kugelgelenke gehalterte Gleitschuhe angeordnet sine,

; verläuft die Kippebene durch die Mittelpunkte der Kugelgelenke, i

I Die Hoch- und Niederdruck-Hauptöffnungen der Ventileinrichtung

j sind bezüglich ihrer Verbindung mit den Zylindern üblicherweise

! derart angeordnet, daß die eine Hauptöffnung mit je .em der Zy-

j linder in Verbindung steht, während der zugehörige ''olben sich I von der voll eingeschobenen zur voll ausgefahrenen Hub lage ver— i schiebt. Es ist bekannt, daß bei einer derartigen Strömungsmittel-

; führung beim Verbinden der Hochdrucköffnung mit dem Zylinder ein

' stoßartiges Geräusch auftritt, da der Zylinder plötzlich mit der

unter Hochdruck stehenden Flüssigkeit beladen wird. Es ist weiter-■ hin bekannt j daß sich diere Erscheinung abbauen läßt, wenn die \ Hochdrucköffnung derart auf den Kolbenhub abgestimmt wird, da.^r- ! der Kolben zwecks Vorverdichtung der im zugehöriger. Zylincer ent-

ι haltenen Flüssigkeit geringfügig in den Zylinder eingefahren wire, j bevor die Verbindung mit der Hochdrucköffnung hergestellt wird.

Die Vorverdichtung hat den Machteil, daß die Schiefscheibe mit j

j wechselnden Kippmomenten beaufschlagt wird ₃ so daß der Stellmotor ; oder ähnliche Einrichtungen, die zur Steuerung der Schiefscheibe j vorgesehen sind, doppelt wirkend ausgebildet sein nüssen, damit sie dem wechselnden Kippmoment entgegenwirken können. Das Kippmoment wechselt zwischen einer mit dem Kolbenhub einhergehenden, vorwiegenden Erhöhung bei niedrigen Betriebsdrücken und einer mit dem Kolbenhub einhergehenden, vorwiegenden Erniedrigung beihohen Betriebsdrücken.

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o. , ? - BADORiGONAL

«J

Erf i ncun^sgem-'jß soll eine einfache Kolbenmaschine geschaffen wercen. oeren Ventilanordnung zwecks Geräuschverringerung für eine Vorverdichtung sorgt und die gleichzeitig sicherstellt, daß ein nur in einer Richtung oder beinahe nur in einer Richtung wirkenc.es Moment durch die Kiben auf die Schiefscheibe ausgeübt wird, so uaß leciglich eine einfache Neigungs-Steuereinrichtung, die eine Stellkraft lediglich in einer einzigen Richtung aufbringt, verwendet weruen kann.

Zu uiesem Zweck schafft die Erfindung eine Kolbenmaschine mit * einer umlaufenden Zylindertrommel, in der Zylincer parallel oder ■i.enei^t zur Trommel drehachse angeordnet sind- in den Zylindern ',i-:- und hergehend geführten Kolben, die über das eine Ende der Zylindertrommel vorstehen, einer an dem e^'nen Trommelende angeordneten schwenkbaren Schiefscheibe, die eine ebene, von den Kolben orfa'"tü ichrägflache aufweist, und einem Steuerspiegel ^rr.it einer Hcch- unu einer "!iederdrucköff\ung, die während aes Umlaufs der Tro^-r.el r.it und von den Zylinderöle .fnungen verbunden und getrennt sinu- wobei Uie Schwenkachse der Schiefscheibe, die Schrägf lache , die Trommeldrehachse und die Kochdrucköf f nun? wan- " rerü des ^etrtebs bei maximaler Neigung der Schiefscheibe relativ zueinancer ^erart angeordnet sine, da!*· jeder Kolben während des Tron-nielunla-jfβ teilweise in seinen zugehörigen Zylinder hineingecrückt vjir^. nachder der Zylinder von der Niederdruck-Öffnung jetrennt und bevor er mit der Hochdruck^ffnung verbunden ist, die dadurch gekennzeichnet ist, de'; die Schwenkachse der Schiefscheibe "zwischen der Angriffslinie der Druckkraft, die jeder Kolben am nub-u^nkehrpunkt bein Trennen seines zugehörigen Zylinders von der miederdrucköffnung auf die ebene Schrägfläche ausübt,

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i und einer Linie liegt, die senkrecht zur Kolben-Kippebene durch

; .deren Schnittpunkt mit der Trommeldrehachse verläuft, f

; Vorzugsweise verläuft die Schwenkachse der Schiefscheibe durch

j ein Dreieck, das durch die Angriffslinie der Druckkraft, die

I jeder Kolben am Hubumkehrpunkt beim Trennen seines zugehörigen

■ Zylinders von der Niederdrucköffnung auf die ebene Schrägfläche

i ausübt, sowie die Trommeldrehachse und eine Linie begrenzt wird,

. die auf der Schrägfläche zwischen der Trommeldrehachse und der

·' Angriffslinie der Druckkraft verläuft.

■- Zweckmäßigerweise ist zur Verstellung der Schiefscheibe mit die- : ser ein einfach wirkender hydraulischer Stellmotor verbunden, ' der mit Flüssigkeit von der Hochdrucköffnung beaufschlagbar ist.

Die Schiefscheiben-Schwenkachse kann rechtwinklig zu einer durch

i die Trommeldrehachse verlaufenden Radialebene angeordnet sein, ! und die Schrägfläche kann parallel zur Schiefscheiben-Schwenkachse verlaufen. Vorzugsweise enthält die Zylindertrommel lediglich fünf Zylinder und Kolben.

^: Zweckmäföigerweise verläuft die Angriffslinie der Druckkraft,

die jeder Kolben bei maximalem Neigungswinkel der Schiefscheibe i während des Abtrennens seines zugeordneten Zylinders von der j Niederdrucköffnung auf die Schiefscheibe ausübt, gegenüber \ der Schiefscheiben-Schwenkachse in einem Abstand, der kleiner • als. der halbe Kolbendurchmesser ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich

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L \ I I 3Ö0

aus den übrigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung für den Anwendungsfall als Kolbenpumpe beschrieben und gezeigt ist. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt der Pumpe,

Fign. 2 und 3 Schaltdiagramme, in denen die Drucköffnungen in unterschiedlichen Lagen gezeigt sind,

Fign. 4 und 5 die Lage der Kolben in den Fign. 2 und 3 entsprechen den Stellungen, und

Fign. 6 und 7 Diagramme, in denen das Schiefscheiben-Kippmoment über den Zylindertrommel-Drehwinkel aufgetragen ist.

Gemäß Fig. 1 ist im Pumpengehäuse 1 eine umlaufende Zylindertrommel 2 untergebracht, die im Gehäuse mittels eines die Zylinderj-

trommel umgreifen, zylindrischen Lagers 3 und durch Anlage der Stirnfläche 4 der Zylindertrommel an dem im Gehäuse ausgebildeten j

Steuerspiegel 5 gehaltert wird. Die Zylindertrommel enthält fünf Zylinder 6, die parallel zur und mit gleichförmigem Abstand um die Drehachse angeordnet sind. Jeder Zylinder 6 enthält einen Kolben 7, der mittels einer Feder 8 nach außen gedrückt wird. i Jeder Zylinder 6 ist mit einer öffnung 9 verbunden, die in die ,

i Trommel-Stirnflache 4 mündet. " j

Im Gehäuse ist an einer vom Steuerspiegel 5 entfernten Stelle

i eine Schiefscheibe 11 an einer Durchgangswelie 12 gelagert, die

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in Öffnungen abgestützt ist, welche in nicht gezeigten, im Gehäuse ausgebildeten Augen angeordnet sind. Die Schiefscheibe 11 enthält eine ebene, der Zylindertrommel zugekehrte Schrägfläche 14. Die Schrägfläche 14 wird von fünf Gleitschuhen 15 erfaßt, die* jeweils über ein Kugelgelenk 16 an einem Kolben befestigt sind. Die Gleitschuhe werden an der Schrägfläche 14 mittels einer Halte-* platte 17 in Anlage gehalten, die mit sämtlichen Gleitschuhen 15 zusammenwirkt und durch eine mittig in der Trommel angeordnete Druckfeder 18 und ein Kugelgelenk 19 gegen die Schiefscheibe gedrückt wird.

Der Neigungswinkel der Schiefscheibe wird durch einen Stellkolben

21 gesteuert, der in einem im Gehäuse 1 ausgebildeten Zylinder

22 einsitzt. Der Hydraulikdruck im Zylinder 2 2 wird über einen Hydraulikanschluß 2 3 mittels einer irgend geeigneten Einrichtung eingestellt.

Eine Durchgangsöffnung 24 im Gehäuse mündet mittig in den Steuerspiegel 5 und dient zur Aufnahme einer Triebwelle, beispielsweise einer Hohlwelle, die in eine keilnutenartige Ausnehmung 2 5 in der Zylindertrommel eingreift.

Der Steuerspiegel 5 enthält eine Niederdruck-Einlaßöffnung 32 und eine Hochdruck-Auslaßöffnung 33. Diese Öffnungen sind mit üblichen Schraubanschlüssen 34 und 35 im Gehäuse verbunden. In Fig. 1 sind die Öffnungen 32 und 33 im Schnitt gezeigt, und dieser Schnitt verläuft im rechten Winkel zu der Schnittfläche der

übrigen in Fig. 1 gezeigten Bauteile. i

7 _ I !

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j ι ^; ■:·'·. S

j Aus den In den Fign. 2 und 3 gezeigten Schaltdiagrammen geht her-

!vor, daß die Hochdrucköffnung 33 derart angeordnet ist, daß sie

mit jeder Zylinderöffnung 9 erst in Verbindung gebracht wird, j nachdem der zugeordnete Kolben seinen unteren Hubumkehrpunkt (B.D.

C.) durchlaufen hat und durch die Schiefscheibe in den Zylinder ge-S drückt wird. Der untere Hubumkehrpunkt eines Kolbens tritt bei j einem Drehwinkel der Zylindertrommel auf, bei dem der Kolben um

die maximale Ausfahrlänge aus.dem Zylinder herausbewegt Ist. Die

Fign. 2 und 3 zeigen deutlich uie Relativlagen der Hochdrucki
^:öffnung 33 und der Zylinderöffnungen 9 für zwei unterschiedliche

; Zylindertroiüiiiellagen.' Der deutlicheren Darstellung wegen sind *

; die Zylinderöffnungen in Radialrichtung geringfügig breiter als

;αIe,Hoch- und Miederdrucköffnungen 33 und 32 gezeigt, haben jedoch tatsächlich natürlich im wesentlichen die gleiche Breite. Fig. 2

■ zeigt die Relativlagen der öffnungen in der Trommel und den ebenen ;Flächen 4 und δ, in denen eine Zylinderöffnung 9 eben den unteren 'Kübumkehrpunkt durchlaufen hat und gerade von der Niederdrucköffnung

132 getrennt wird. Fig. 3 zeigt die Sehaltlage- wenn sich die

^:Zylindertrommel 2 um einen geringen Drehwinkel weiterbewegt hat, i
so daß die gleiche Zylinderöffnung 9 in eine Stellung gebracht Λ

■ wurde, in der sie gerade in Verbindung mit der Hochdrucköffnung

133 gebracht wird. Dieser Winkel wird als Vorverdichtungswinkel

!bezeichnet, und während der Verschiebung über diesen Winkel drückt die Schiefscheibe den Kolben geringfügig in den Zylinder, während der Zylinder durch den Steuerspiegel vollständig verschlossen ist, so daß die Flüssigkeit im Zylinder komprimiert und der Flüssigkeitsdruck angehoben wird. Der Vorverdichtungswinkel wird experi- _; menteil unter Berücksichtigung des Arbeitsdrucks an der HochdrucköffnunK 33 und des maximalen Neigungswinkels der Schiefscheibe ι . . . _ .. - ..-.-- - - 8 -J

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BAD

!sorgfältig gewählt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die

I Kolbenpumpe auf einen Betriebsdruck von 21o kg/cm und auf einen !maximalen Schiefscheiben-Neigungswinkel von 17 ausgelegt. Für :diese Betriebsbedingungen wurde der Vorverdichtungswinkel auf ¹ etwa 16° festgelegt, und dieser Winkel reicht aus, den Druck in ι jedem Zylinder auf etwa den halben maximalen Arbeitsdruck bei ; vollem Schiefscheiben-Neigungswinkel zu erhöhen. Mit einer Ver- ^:ringerung des SchiefScheibenwinkels verringert sich natürlich auch die Vorverdichtung, und zwar näherungsweise proportional zum Neigungswinkel der Schiefscheibe.

^;Die Fign. 6 und 7 zeigen in Diagrammen die auf die Schiefscheibe ¹ ausgeübten Momente. In Fig. 5 sind die von einem Kolben auf die ; Schiefscheibe ausgeübten Momente sowohl für eine erfindungsgemäß ; ausgebildete Pumpe als auch für eine herkömmliche Schiefscheiben-

Kolbenpumpe gleicher Größe dargestellt, wobei die Schwenkachse ,der Schiefscheibe bei der herkömmlichen Pumpe die übliche Lage _;hat, d.h., durch den Schnittpunkt der Trommeldrehachse in der ^; Kolben-Kippebene verläuft. Das Schiefscheiben-Kippmoment ist in ■ p.i. (= 1^15 cm kg) angegeben. In Fig. 6 ist in durchgehenden Linieh • das SchiefScheibenmoment für eine herkömmliche Pumpe und in ge-¹ strichelten Linien das SchiefScheibenmoment für die in den Zeich-

! nungen gezeigte, erfindungsgemäße Pumpe dargestellt. Die mit l bezeichnete durchgehende Linie zeigt die Schiefscheiben-Kippmoj mente, die bei Verbindung und Unterbrechung eines Kolbens mit ! einer Hochdrucköffnung auftreten, welche unter einem Arbeitsdruck

2
von 21 kp/cm steht. Der anfängliche Abschnitt der Kurve 01 zeigt

ι !

! eine plötzliche Druckerhöhung, die der Verstellung des Zylinders ι

i j

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ORIGINAL INSPECTED

j - 9 -

j über den Vorverdichtungswinkel entspricht, und einen plötzlichen Druckabfall bei Verbindung des Zylinders mit der Hochdrucköffnung.

! Die Kurve 02 zeigt das SchiefScheiben-Kippmoment einer herkömmliehen Pumpe für einen Arbeitsdruck von 21o kg/cm . Beim Durchlaufen des Vorverdichtungswinkels tritt zunächst der gleiche Druckanstieg wie bei der Kurve 01 auf, anschließend erfolgt je-

j doch eine weitere Druckerhöhung bis zu einem Punkt, der dem Maximaldruck entspricht. Die Vorverdichtung wird so gewählt, daß

dabei ein Druck von etwa Io5 kg/cm erreicht wird. Die Kurve Nl

stellt den Momentenverlauf.für die in den Fign. gezeigte, erfin- -

2 dungsgemäß ausgebildete Pumpe für einen Arbeitsdruck von 21 kg/cm dar. Es ist ersichtlich, daß während des Vorverdichtungswinkels eine beträchtliche Verringerung des auf die Schiefscheibe ausgeübten Moments erreicht wird, wobei darauf hingewiesen sei, daß der erreichte Vorverdichtungsdruck für sämtliche in Fig. 6 gezeigte Kurven der gleiche ist. Die Kurve N2 zeigt das an der Schiefscheibe der erfindungsgemäß ausgebildeten Pumpe angreifende Moment bei einem Betriebsdruck von 21o kg/cm .

In Fig. 7 sind die Gesamtmomente über einen Zylindertrommel- . Drehwinkel von 36o aufgetragen, die auf die Schiefscheibe einerseits einer herkömmlichen Pumpe, deren Schwenkachse auf die übliche Weise angeordnet ist, und andererseits einer in den Fign. gezeigten Pumpe ausgeübt werden. Die durchgehenden Linien entsprechen wiederum der herkömmlichen Pumpe und die gestrichelten

Linien entsprechen der Pumpe gemäß den Figuren. Die Kurve 03 i zeigt die Momente für die herkömmliche Pumpe bei einem Arbeitsdrudk von 21 kg/cm . Die Momentenspitzen entsprechen den Vorverdichtungswinkeln jedes der fünf Zylinder. Im einzelnen ist ersichtlich, j

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- Io -

caS diese Momentenspitzen positiv sind, d.h.₅ das Moment wirkt in Richtung einer Vergrößerung des Schief scheiben-Heigungsviinkels N3 ist die entsprechende Kurve für die Pumpe gemÄ.'i den Figuren, und es ist ersichtlich, daß, obzwar die der Vorverdichtung entsprechenden Momentenspitzen noch vorhanden sind, diese gegenüber den Momentenspitzen der herkömmlichen Pumpe stark abgeflacht sind, und daß insbesondere die Kurve ständig durch den negativen Bereich verläuft, d.h., die Schiefscheibe ständig in Richtung einer Verringerung des Kolbenhubs gedrückt wird. Die Kurve 04 stellt die von einer herkömmlichen Pumpe erzeugten Moirente bei oinem Be-

triebsdruck von 2Io kg/cm dar. Dabei ist aas Moment größtenteils negativ, und dieser Momentenverlauf sollte mit dem i'omentenverlauf der herkömmlichen Pumpe bei einem niecrigen Ausgabedruck verglichen v/erden, d.h. mit der Kurve 03 _} bei aer das Moment größtenteils positiv ist. Die Kurve N¹+ zeigt den Homentenverlauf für die Pumpe gemäß den Figuren bei einem Betriebsdruck von

21o kg/cm . Dieses Moment hat zwar eine beträchtliche Größe, ist jedoch eindeutig negativ.

Aus Fig. 7 lassen sich folgende Schlußfolgerungen ziehen: a) Das Schiefscheiben-Kippmoment der herkömmlichen Pumpe schwankt bei niedrigen Ausgangsdrücken, bleibt jedoch vorwiegend positiv.

b) Das Schiefscheiben-Kippmoment der herkömmlichen Pumpe ist bei hohen Ausgangsdrücken vorwiegend negativ. Zur Steuerung der herkömmlichen Pumpe muß der- Stellmotor daher in der Lage sein, eine Steuerkraft in beiden Richtungen auszuüben, ■ d.h., er muß doppelt-wirkena ausgebildet se.in.

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- li -

c) Bei der Kolbenpumpe gesiäß den Figuren sind die Schiefscheiben-Kippmomente sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Betriebsdrücken negativ, wobei das durchschnittliche Kippmoment in beiden Fällen grob gesagt proportional dem Betriebsdruck ist. Die durch die Vorverdichtung verursachten Momente werden verringert oder ausgeschaltet. Zur Betätigung der Pumpe gemäß den Figuren ist daher ein einfacher Stellmotor ausreichend, der lediglich eine einzige Arbeitskammer aufweist und mit Flüssigkeit unter einem verringerten Druck von der Hochdrucköffnung versorgt wird. Die Größe dieses Stellmotors ist nicht notwendigerweise größer als die des zur Betätigung der Schiefscheibe der herkömmlichen Pumpe erforderlichen Stellmotors, da die auf Grund der Vorverdichtung in der herkömmlichen Pumpe erzeugten Momente notwendigerweise auch bei niedrigen Betriebsdrücken gesteuert werden müSFen und der Stellmotor von beträchtlicher Größe sein muß, falls er durch den an der Hochdrucköffnung zur Verfügung stehenden Druck betätigt werden soll.

Nunmehr werden die Fign. 4 und 5 im einzelnen beschrieben. Gemäß Fig. 4 nimmt die dem unteren Kolben 7 zugeordnete Zylxnderöffnung die in Fig. 2 gezeigte Stellung ein, und daher befindet sich dieser Kolben gerade am Anfang seines Vorverdichtungshubs. Gemäß Fig. 5 entspricht die Lage des Kolbens der in Fig. 3 gezeigten Zylinder-Schaltlage, in der die Zylxnderöffnung zwecks Durchführung der» Vorverdichtung um 16° aus der In Fig. 2 gezeigten Lage (verstellt wurae. Der untere Kolben 7 wird gerade mit der Hochdrucköffnung verbunden und hat daher seinen maximalen Vorveraichtungs-ί .. - 12 -

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INSPgQTS©

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druck erreicht. Die Richtung der auf die Schiefscheibe ausgeübten Kolben-Druckkraft ist durch die Linie E-E in Fig. 4 und die Linie F-F in Fig. 5 gezeigt und verläuft in beiden Fällen vom Mittelpunkt der Kugel 16 unter einem rechten Winkel zur Schiefscheiben-Schrägflache 14-. Gemäß den" Figuren hat der Schiefscheiben-Neigungswinkel seinen maximalen Wert und der Abstand d zwischen der ■ Linie E-E und dsr Schwenkachse der Schiefscheibe ist kleiner als der halbe Kolbendurchmesser. Je kleiner der Abstand d ist, desto kleiner ist das Moment, das der Vorverdichtungdruck auf die Schief scheibe ausübt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der ί Abstand der Linie F-F von der Schwenkachse nur geringfügig i kleiner als der Abstand d. i

Um die gezeigte Lage zu erhalten, ist die Achse der Welle 12 in doppelter Hinsicht versetzt angeordnet. Zum einen ist sie gegenüber der Kippebene der Kolben versetzt angeordnet, d.h., gegenüber der die Mittelpunkte der Kugelgelenke 16 enthaltenden Ebene, wobei diese Verschiebung durch die Strecke e in Fig. f dargestellt ist. Zum anderen ist die Schwenkachse von der Drehachse ι A-A versetzt angeordnet, wie dies durch die Strecke f in Fig. 4 gezeigt ist. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, diese beiden;

Strecken e und f über einen Größenbereich veränderlich zu wählen.' Jede der beiden Strecken e und f kann auf W*ll verringert werden,: vorausgesetzt, daß die andere Strecke eine merkliche Größe hat. j

Das Hauptkriterium ist jedoch, daß die Schwenkachse zwischen zwei bei, maximalem Neigungswinkel der Schiefscheibe erhaltenen Linien liegen sollte, wobei - unter besonderem Bezug auf Fig. U - die erste Linie D-D vom Schnittpunkt der Drehachse A-A mit der Kipp-

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ebene unter rechtem Winkel zur Kippebene verläuft. Die zweite Linie E-E verläuft vom Mittelpunkt des Kugelgelenks, dessen Kolben gerade den Hubumkehrpunkt (B.D.C.) durchläuft und eben mit der Vorverdichtung in seinem Zylinder beginnt, und zwar senkrecht zur Kippebene, wobei sie die Achse A-A schneidet. Bei jeder irgend beliebigen Lage der Schwenkachse zwischen den Linien D-D und E-E erzeugt die nacheinander von jedem Kolben auf die Schiefscheibe ausgeübte Vorverdichtungskraft entweder ein vernachlässigbar kleines Moment um die Schwenkachse oder ein Moment, das entgegengesetzt zu den von einem oder mehreren mit der Hochdrucköffnung 3 3 in Verbindung stehenden Kolben erzeugten Moment gerichtet ist, so daß sichergestellt wird, daß das auf die Schiefscheibe ausgeübte Gesamtmoment über einen beträchtlichen Bereich von Betriebsdrücken vorwiegend in einer einzigei^fRichtung wirkt und ferner eine geringe Stärke hat, so daß der den Schiefscheiben-Neigungswinkel steuernde Stellmotor einfach-wirkend ausgebildet sein und eine geringe Größe haben kann.

Aus Herstellungsgründen ist es vorteilhaft, daß zur schwenkbaren Abstützung der Schiefscheibe lediglich die Welle 12 vorgesehen isjt Die Welle muß dann so angeordnet sein, daß sie die Schrägfläche nicht durchsetzt, und die Strecke e erhält eine beträchtliche Größe, wobei die Lage der Schwenkachse zwischen den Linien D-D und E-E beibehalten wird.

Um sicherzustellen, daß das an der Schiefscheibe angreifende Moment bei sehr niedrigen Betriebsdrücken und einem maximalen

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Neigungswinkel eine einzige Richtung hat, wird die Anordnung vorzugsweise so getroffen, daß die Schwenkachse innerhalb eines Dreiecks liegt, das durch die Linie E-E, die Drehachse A-A und •?.ine Linie G-G begrenzt wird, die in der Kippebene zwischen der j" Achse A-A und dem Kugelgelenkmittelpunkt am unteren Hubumkehrpunkt verläuft. Das aufgrund der Vorverdichtung auf die Schiefscheibe > ausgeübte Kippmoment ist dann kleiner als das entgegengesetzt gerichtete, durch den niedrigen Betriebsdruck hervorgerufene Kippmoment, so daß die Kolbenmaschine bei äußerst geringen Drücken ohne Richtungsumkehr des an der Schiefscheibe angreifenden Moments arbeiten kann. Falls ferner zur Lagerung der Schiefscheibe eine einzige Kippwelle 12 verwendet werden soll, muß die Schwenkachse durch ein Dreieck verlaufen, das durch die Linie E-E, die Drehachse A-A und die auf der Schiefscheiben-Schrägflache 14 liegende Linie begrenzt wird, welche die Verbindungpunkte mit der Linie E-E und der Achse A-A verbindet.

Eine besondere Bedeutung kommt der Erfindung bei einer Schiefscheiben-Kolbenmaschine mit fünf Zylindern zu, da sich über einen Bereich von Betriebsdrücken ein im wesentlichen in einer einzigen Richtung wirkendes Schiefscheiben-Moment erreichen3äßt, während bei einer herkömmlichen Schiefscheiben-Kolbenpumpe mit fünf Zylindern stark wechselnde SchiefScheibenmomente auftreten.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wurde der Steuerspiegel als, feststehend und nicht-verstellbar beschrieben, und während des ■ Betriebs der gezeigten Kolbenmaschine treten die oben beschriebenen Vorteile daher nur auf, wenn die Zylindertrommel in einem i Drehsinn umläuft, bei dem die beschriebene Vorverdichtung erreichp

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wird. Erf indungs gemäß wird jedoch auch eine Schief scheiben-Kolben-j

maschine geschaffen, die in beiden Drehrichtungen umlaufen kann, j wobei für die Hoch- und Niederdrucköffnungen im Steuerspiegel eine Verstellmöglichkeit in Abhängigkeit von der Drehrichtung vorgesehen wird, um die erforderliche Vorverdichtung zu erzielen.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft ferner die. Schwenk-j achse der Schiefscheibe senkrecht zu einer durch die Trommeldrehachse gelegten Radialebene, und die Schiefscheiben-Schrägflache liegt ferner parallel zur Schwenkachse. Bei der erfindungs-i gemäßen Kolbenmaschine kann jedoch auch die Schwenkachse gering- '

j fügig geneigt zu der Senkrechten der durch die Trommeldrehachse j gelegten Radialebene und ferner kann die Schrägfläche der Schiefscheibe geringfügig geneigt zur Schwenkachse verlaufen. Derartige geringfügige Neigungen sind bereits im Zusammenhang mit Schiefscheiben-Kolbenpumpen vorgeschlagen worden, zu dem Zweck, die Größe der Vorverdichtung bei einer Änderung des Schiefscheiben-Neigungswinkels zu verändern. j

■. - ι

Das beschriebene Ausführungsbeispiel läßt sich zwar als Pumpe \ verwenden, jedoch kann die Erfindung auch auf einen Schiefscheiberj-Kolbenmotor angewendet werden. \

Erfindungsgemäß kann ferner ein Drosselkanal im Steuerspiegel vor-* gesehen sein, der von der Hochdrucköffnung zur Niederdrucköffnung ! verläuft, so daß jede Zylinderöffnung während der Verschiebung von der Niederdrucköffnung zur Hochdrucköffnung bei der Vorverdichtung mit dem Drosselkanal in Verbindung gebracht wird, wodurcl·

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ein gedrosselter Flüssigkeitsstrom je nach der Druckhöhe in der 'Hochdrucköffnung in den oder aus dem Zylinder ein- oder ausströmen kann. Ein derartiger Drosselkanal ist in den Figuren 2 und 3 mit 9o bezeichnet. Die Vorverdichtung wird somit in Abhängigkeit von dem Arbeitsdruck an der Hochdrucköffnung modifiziert» die Lage der Schiefscheiben-Schwenkachse sorgt jedoch bei der erfxndungsgemäßen Kolbenmaschine dafür, daß an der Schiefscheibe entweder ein in einer Richtung wirkendes Kippmoment oder ein Kippmoment angreift, das weit weniger stark seine Richtung ändert als bei einer Kolbenmaschine, bei der die Schwenkachse auf herkömmliche Weise angeordnet ist.

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Claims

Patentansprüche

(l.) Kolbenmaschine mit einer umlaufenden Zylindertrommel, in der Zylinder geneigt oder parallel zur Trommel-Drehachse angeord-

j net sind, in den Zylindern einsitzenden Kolben, die über das ] eine Ende der Zylindertrommel vorstehen, einer an dem einen Trommelende angeordneten schwenkbaren Schiefscheibe, die eine ebene, von den Kolben erfaßte Schrägfläche aufweist, und einem .Steuerspiegel mit einer Hoch- und einer Niederdrucköffnung, die während des Umlaufs der Trommel mit und von Zylinderöffnungen verbunden und getrennt sind, wobei die Schwenkachse der Schiefscheibe, die Schrägflache, die Trommeldrehachse und die Hochdrucköffnung während des Betriebs bei \ maximaler Neigung der Schiefscheibe relativ zueinander derart angeordnet sind, daß jeder Kolben während des Trommelumlaufs teilweise in seinen zugehörigen Zylinder hineingedrückt wird, nachdem der Zylinder von der Niederdrucköffnung getrennt und bevor er mit der Hochdrucköffnung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (12) der Schiefscheibe (11) zwischen der Angriffslinie (E-E) der Druckkraft, die jeder

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Kolben (7) am Hubumkehrpunkt beim Trennen seines zugehörigen Zylinders (6) von der Niederdrucköffnung (32) auf die ebene Schrägfläche (It) ausübt, und einer Linie (D-)) liegt, die I senkrecht zur Kolben-Kippebene durch deren Schnittpunkt [ mit der Trommel-Drehachse (A-A) verläuft. I
2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (12) der Schiefscheibe (11) durch ein Dreieck verläuft, das durch die Angriffslinie (E-E) der Druckkraft, die jeder Kolben (6) am Hubumkehrpunkt beim Trennen seines zugehörigen Zylinders (7) von der Niederdrucköffnung ^ 32) auf die ebene Schrägfläche (14) ausübt, sowie die Trommel-Drehachse (A-A) und eine Linie (G-G) begrenzt wird, die auf der Schrägfläche (14) zwischen der Trommel-Drehachse (A-A) und der Angriffslinie (E-E) der Druckkraft verläuft.
3. Kolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch

einen einfach wirkenden hydraulischen Stellmotor (21, 22), j der zwecks Verstellung der Schiefscheibe (11) mit dieser verbunden ist. ;
4. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiefscheiben-Schwenkachse (12) rechtwinklig zu einer durch die Trommel-Drehachse (A-A) verlaufenden Radialebene angeordnet ist und die Schrägfläche (14) parallel zur Schwenkachse (12) verläuft.
5. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylindertrommel (2) fünf mit

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Kolben (7) zusammenwirkende Zylinder (6) enthält.
6. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurc gekennzeichnet, daß die Angriffslinie (E-E) der von den Kolben (7) auf die Schiefscheibe (11) ausgeübten Druckkraft mit einem Abstand zur Schiefscheiben-Schwenkachse (12) verläuft, der kleiner als der halbe Kolbendurehmesser ist.
7. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurci gekennzeichnet, daß im Steuerspiegel (5) ein von der Hochdruck+ (33) zur Niederdrucköffnung (32) verlaufender Drosselkanal (9o) vorgesehen ist, mit dem jede Zylinderöffnung (9) bei einer Verschiebung von der Niederdruck- zur Hochdrucköffnung verbunden ist, bevor sie mit der Hochdrucköffnung (33) in Verbindung tritt.

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