DE2258426C3

DE2258426C3 - Reciprocating engine

Info

Publication number: DE2258426C3
Application number: DE2258426A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-11-29
Filing date: 1972-11-29
Publication date: 1975-10-30
Also published as: DE2258426A1; DE2258426B2

Description

ist.is.

9. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsteile (2, 3) über ein Getriebe mit elliptischen oder exzentrischen Stirnrädern oder ein Antiparallelkurbelgetriebe mit Vorgelege gekoppelt sind.9. reciprocating piston machine according to claim 1 or 2, characterized in that the guide parts (2, 3) via a gear with elliptical or eccentric spur gears or an anti-parallel crank gear are coupled with an intermediate gear.

10. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung mehrerer Hubkolben (4) in Sternform die Führungsteile symmetrische Form aufweisen und jedes Führungsteil (2,3) zwei Hubkolben (4) zugeordnet ist.10. Reciprocating piston machine according to claim 1 or 2, characterized in that when several are arranged Reciprocating piston (4) in a star shape, the guide parts have a symmetrical shape and each guide part (2,3) two reciprocating pistons (4) is assigned.

11. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hälfte der Führungs- «eile (2, 3) drehfest mit einem drehenden Gehäuseteil verbunden und die andere Hälfte der Führungsteile (2, 3) im Mantel (I) freibeweglich ist, und daß die Bewegung der Hubkolben (4) durch eine Kurvenbahn gesteuert ist.11. Reciprocating piston machine according to claim 10, characterized in that half of the guide «Parts (2, 3) non-rotatably with a rotating housing part connected and the other half of the guide parts (2, 3) in the jacket (I) is freely movable, and that the movement of the reciprocating piston (4) is controlled by a cam track.

12. Hubkolbenmaschine nach einem oder mehr als einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der drehende Mantel (1) jeweils über den oder jeden Teil seines Umfanges, der ständig voll durch die äußere, konvexe Fläche eines nicht mit dem Mantel (1) verbundenen Führungsteils (3) überdeckt ist, einen sprunghaft vergrößerten Radius aufweist, und daß der so entstandene Raum als Arbeitsraum eines starr mit dem Führungsteil (3) verbundenen plattenförmigen Leistungsteils dient.12. Reciprocating engine after one or more as one of claims 1 to 11, characterized in that that the rotating jacket (1) each over the or each part of its circumference, which is constantly fully through the outer, convex surface of a guide part (3) not connected to the jacket (1) is covered, has a sharply increased radius, and that the resulting space as The working space of a plate-shaped power part rigidly connected to the guide part (3) is used.

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit einem oder mehreren in einem Gehäuse umlaufenden Hubkolben, bei welcher die Arbeitsräume durch Wandungen des Gehäuses und die Stirnflächen des im Querschnitt rechteckigen Hubkolbens begrenzt sind, der senkrecht zur Umlaufachse durch das Arbeitsmittel beaufschlagt wird oder es verdrängt.The invention relates to a reciprocating piston machine with one or more rotating in a housing Reciprocating piston, in which the working spaces through the walls of the housing and the end faces of the im Cross-section of rectangular reciprocating piston are limited, which is perpendicular to the axis of rotation through the working fluid is acted upon or it is displaced.

Eine solche Maschine ist in der DT-PS 640 937 und in der DT-OS 1 451 742 beschrieben. Bei beiden bekannten Maschinen wird die Hubbewegung des doppeltwirkenden Kolbens ohne Pleuel durch eine Kurbel auf die im ersten Fall exzentrisch, im zweiten Fall zentrisch gelagerte Welle übertragen. Während aber bei exzentrischer Wellenlagerung das Kurbelzapfenlager fest im Kolben sitzt, braucht man bei zentrischer Wellenlagerung einen im Kolben verschieblichen Gleitstein als Sitz des Kurbelzapfenlagers.Such a machine is described in DT-PS 640 937 and DT-OS 1 451 742. Both known Machines is based on the stroke movement of the double-acting piston without a connecting rod by a crank the shaft, which is eccentric in the first case and centrally mounted in the second case. But while at eccentric Shaft bearing the crank pin bearing is firmly seated in the piston, you need with centric shaft bearing a sliding block that can be moved in the piston as the seat of the crank pin bearing.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Hubkolbenmaschine der bezeichneten Gattung die Hubbewegung des Kolbens unmittelbar, d. h. ohne Verwendung einer Kurbel in eine Drehbewegung umzuwandeln, und zwar bei zentrischer Wcllenlagerung und mit der Möglichkeit, den Kolbenhub nach Bedarf zu verändern, sowie der weiteren Möglichkeit, mehrere Hubkolben in Sternanordnung vorzusehen.The invention is based on the object in a reciprocating piston engine of the type indicated Stroke movement of the piston immediately, d. H. converting it into a rotary motion without using a crank, namely with centric roller bearings and with the possibility of increasing the piston stroke as required change, as well as the further possibility of providing several reciprocating pistons in a star arrangement.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Arbeitsräume durch Wandungen je Hubkolben zweier, im Gehäuse schwin^bar beweglicher Führungsteile begrenzt und die Wandungen als Führungen für den Kolben ausgebildet sind, die mit komplementären Flächen des Hubkolbens zusammenwirken, wobei die jeweils einander berühreirden Fla chen der Führungsteile und des Hubkolbens gleichachsig bogenförmig gekrümmt sind, so daß durch Verschiebung mindestens eines der Führungsteile im Ge- ι η häuse und einer dadurch bedingten Verlagerung des Hubkolbens cü'e Arbeitsräume gebildet werden, und daß mindestens eines der Führungsteile unmittelbar oder mittelbar mit der Welle drehfest verbunden ist.According to the invention, this object is achieved by that the working spaces are more movable through walls of two reciprocating pistons, oscillating in the housing Limited guide parts and the walls are designed as guides for the piston, which with complementary surfaces of the reciprocating piston cooperate, wherein the each touching each other Fla Chen of the guide parts and the reciprocating piston are coaxially curved arcuately, so that by displacement at least one of the guide parts in the housing and a resulting displacement of the Hubkolbens cü'e working spaces are formed, and that at least one of the guide parts directly or is indirectly connected to the shaft in a rotationally fixed manner.

Das heißt, eine Hubbewegung des Kolbens veranlaßt ι? durch Kurvenschub die Führungsteile zu einer Schwingbewegung im Gehäuse, die sich auf die Welle überträgt, und umgekehrt veranlaßt eine Schwingbewegung der Führungsteile gegeneinander auf die gleiche Weise eine Hubbewegung des Kolbens. Da der χ Hubkolben als Freikolbcn arbeitet, tritt an den Laufflächen eine gewisse Keilwirkung ein, die für eine stets wirksame Dichtung sorgt.That is, a stroke movement of the piston causes ι? by cam thrust, the guide parts cause an oscillating movement in the housing, which is transmitted to the shaft, and conversely, an oscillating movement of the guide parts against one another causes a reciprocating movement of the piston in the same way. Since the χ reciprocating piston works as a free piston, a certain wedge effect occurs on the running surfaces, which ensures that the seal is always effective.

Diebeiden Laufflächen des Hubkolbens können konvex oder konkav gekrümmt sein, doch ist es kine- ; matisch günstiger, wenn sie mit gleichen Radien konvex und entsprechend die komplementären Flächen der Führungsteile konkav gekrümmt sind. Bei einer Maschine mit nur einem Hubkolben haben die Fiihrungsteile demnach Sichelform.The two running surfaces of the reciprocating piston can be convex or be concave, yet it is kine-; matically more favorable if they are convex with the same radii and accordingly the complementary surfaces of the guide parts are concavely curved. With a machine with only one reciprocating piston, the guide parts therefore have a sickle shape.

Die Totpunkte des Hubkolbens hängen von der Winkelstellung der beiden Führungsteile zueinander ab, in der eine Richtungsumkehr der Schwingbewegimg stattfindet. Um genaue Totpunkte zu erhalten, ist eine Kopplung der beiden Führungsteile erforderlich, oder es muß der Kolbenhub auf eine andere Weise begrenzt werden.The dead centers of the reciprocating piston depend on the angular position of the two guide parts to one another, in which a reversal of direction of the swing movement takes place. To get exact dead points is one It is necessary to couple the two guide parts, or the piston stroke must be limited in some other way will.

Eine bevorzugte Lösung dieses Teilproblems besteht in der Verwendung eines exzentrisch zur Umlaufachse angeordneten Kopplungsringes, mit dem die Führungsteile gemäß den Patentansprüchen 3 bis b auf drei verschiedene Weisen unmittelbar oder mittelbar im Eingriff stehen können. In allen drei Fällen lassen sich die durch die Kopplungsteile gebildeten sichelförmigen Räume als zusätzliche Arbeitsräume ausnutzen, / B. die Anordnung des Kopplungsringes im Inneren des Hub kolbens als Kühl- oder Schmiermittelpumpe, während die beiden anderen Anordnungen zu einer Kombination von Hubkolben- und Schieberkolbenmaschine fuhren. A preferred solution to this sub-problem consists in the use of an eccentric to the axis of rotation arranged coupling ring with which the guide parts according to claims 3 to b to three different Wise can be directly or indirectly engaged. In all three cases, the Use the sickle-shaped spaces formed by the coupling parts as additional work spaces, / B. the Arrangement of the coupling ring inside the stroke piston as a coolant or lubricant pump, while the other two arrangements lead to a combination of reciprocating and piston piston machines.

1st die Exzentrizität des Kolbenringes nach einem weiteren Merkmal der Erfindung verstellbar, so läßt die erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine sich auch als Fluidkupplung oder -bremse verwenden.If the eccentricity of the piston ring is adjustable according to a further feature of the invention, the The reciprocating piston machine according to the invention can also be used as a fluid coupling or brake.

Die Kopplung /wischen den Führungsteilen kann in Ausgestaltung der Erfindung auch durch ein Getriebe mit elliptischen oder mit exzentrischen S'irnrädern oder durch ein Antiparallelkurbelgeinebe erfolgen. worunter man ein Parallelkurbelgetriebe in durchgeschlagener Stellung versteht ( G r ο d ζ i η s k y , Getriebclehre. Sammlung Goschen Wl Bd. lObl.S. 120).The coupling / wipe the guide parts can be in Embodiment of the invention also by means of a gear with elliptical or with eccentric S'irnwheels or by an anti-parallel crank arm. by which one understands a parallel crank gear in the locked position (G r ο d ζ i η s k y, gear theory. Collection Goschen Wl Bd. LObl.S. 120).

Im Gegensatz zu den bekannten Hubkolbenmaschinen der gleichen Gattung ist die Anordnung mehrerer Hubkolben in Sternform möglich. In diesem Fall weisen die Führungsteile symmetrische Form auf und jedes Fiilmmgsteil ist zwei Hubkolben zugeordnet Eine besondere Lösung besteht dann, daß die Hälfte der Führungsteile drehfest mit einem drehend™ Gehäuseteil, ί. B. mit dem Mantel oder einer Stirnwand verbunden und die andere Hälfte der Führungsteile im Mantel freibeweglich ist, und daß die Bewegung der Kolben durch eine Kurvenbahn gesteuert ist.In contrast to the known reciprocating piston machines of the same type, several reciprocating pistons can be arranged in a star shape. In this case the guide parts have a symmetrical shape and each film part is assigned to two reciprocating pistons . B. connected to the jacket or an end wall and the other half of the guide parts in the jacket is freely movable, and that the movement of the piston is controlled by a cam track.

Es ist auch möglich, die eine Hälfte der Führungsteile drehfest mit einem drehenden Gehäuseteil, die andere Hälfte der Führungsteile aber drehfest mit der Welle zu verbinden und diese durch einen Kopplungsring oder ein Getriebe der oben bezeichneten Art mit dem drehenden Gehäuseteil zu koppeln.It is also possible to have one half of the guide parts non-rotatably with a rotating housing part, the other half Half of the guide parts but to connect non-rotatably to the shaft and this by a coupling ring or to couple a gear of the type referred to above with the rotating housing part.

Eine weitere Möglichkeit der Gewinnung zusätzli eher Arbeitsräume besteht darin, daß der drehende Mantel jeweils über den oder jeden Teil seines Umfangs, der ständig voll durch die äußere, konvexe Fläche eines nicht mit dem Mantel verbundenen I ührungsteils überdeckt ist, einen sprunghaft vergrößerten Radius aufweist, und daß der so entstandene Raum als Arbeitsraum eines starr mit dem Führungsteil verbundener: plattenförmigen Leistungsteils dient.Another possibility of obtaining additional workspaces is that the rotating Coat in each case over the or each part of its circumference, which is continuously full by the outer, convex surface of a guide part that is not connected to the jacket is covered, an enlarged one by leaps and bounds Has radius, and that the resulting space as a working space is rigid with the guide part connected: plate-shaped power section is used.

Bei der Bemessung des Krümmungsradius der jeweils einander berührenden Flächen der Führungsteile und des Hubkolbens ist einerseits die Bewegungsgeometrie des Kolbens und seiner beiden Fühtungstei-Ie, andererseits der Umstand zu beachten, daß die Laufflächen als Schubkurven fungieren. Das Verhältnis /wischen dem Krümmungsradius der Laufflächen und dem Mantelradius sollte daher bei einer Maschine mit einem ein/igen Hubkolben oder mit vier Hubkolben in Sternanordnung 2 : 1 bis 3 : 1 betragen.When dimensioning the radius of curvature of the respective contacting surfaces of the guide parts and of the reciprocating piston is on the one hand the movement geometry of the piston and its two guide parts, on the other hand, the fact that the running surfaces act as thrust curves. The relationship / wipe the radius of curvature of the running surfaces and the jacket radius should therefore be included in a machine a single reciprocating piston or with four reciprocating pistons in a star arrangement 2: 1 to 3: 1.

Die Steuerung des Arbeitsmittels richtet sich nach dem Verwendungszweck, wobei man nach Möglichkeit die Relativbewegung zwischen den beiden Führungsleilen des oder jedes Kolbens zur Steuerung ausnutzen wird. Auch der oder die Hubkolben können eine * Steuerfunkiion übernehmen.The control of the work equipment depends on the intended use, where possible use the relative movement between the two guide lines of the or each piston for control will. The reciprocating piston or pistons can also assume a control function.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer stark vereinfachenden Zeichnung erläutert.The invention is explained below with reference to a greatly simplified drawing.

Es /eigen je in einem Schnitt senkrecht zur Umlauf-It / own each in a section perpendicular to the circumferential

achseaxis

<> 1' i g. 1 cmc Maschine mit einem einzigen Hubkolben. I 1 g. 2 und 3 zwei verschiedene Anordnungen eines Kopplungsringes bei einer Maschine nach Fig. I.<> 1 'i g. 1 cmc machine with a single reciprocating piston. I 1 g. 2 and 3 two different arrangements of a coupling ring in a machine according to Fig. I.

I 1 g.4 die Anordnung eines Kopplungsringes im Inneren des Hubkolbens (in einem Ausschnitt). .5 Fig. ^r> eine Maschine mit vier Hubkolben in Sternanordnung. I 1 g.4 the arrangement of a coupling ring inside the reciprocating piston (in a cutout). .5 Fig. ^R > a machine with four reciprocating pistons in a star arrangement.

Die jeweils einander berührenden Flächen des in oder mit dem Mantel 1 umlaufenden Hubkolbens 4 von rechteckigem Querschnitt und seiner beiden Führungs- ^;" teile 2 und 5 sind gleichachsig bogenförmig gekrümmt, so daß eine Hubbewegung des Kolbens 4 zwangläufig eine gegeneinander schwingende Bewegung der beiden Führuugsieile 2. λ . iir Folge hat. rnd umgekehrt. Nach I 1 g. 2 stehen die Führungsteiie 2 und 3 mit einem den >> drehbaren zylindrischen Mantel 1 exzentrisch umgebenden Koppliingsring 6 drehschwingbcwcglich im Eingriff, und /war durch Vermittlung von plattenförmigen Zwischengliedern 21 und 51. die drehsehwingbeweglich und in bezug auf den Mantel 1 radial fry verschieblich in dem Kopplungsring 6 gelagert sind. Pas l'iihrungsic'l 2 ist mn dem Mantel 1 fest verbunden. The respective contacting surfaces of the reciprocating piston 4 rotating in or with the jacket 1 and having a rectangular cross-section and its two guide ^; "Parts 2 and 5 are coaxially curved, so that a stroke movement of the piston 4 inevitably results in a mutually oscillating movement of the two guide cables 2. λ . and vice versa. According to I 1 g the coupling ring 6, which eccentrically surrounds the rotatable cylindrical casing 1, engaged in a rotationally oscillating manner, and / was through the intermediary of plate-shaped intermediate members 21 and 51, which are mounted in the coupling ring 6 so that they can rotate and move radially in relation to the casing 1. Pas l'iihrungsic 'l 2 is firmly connected to the jacket 1.

I 1 g 3 /eigi die \nordnung eines Kopplungsnnges h auf der Stirnseite der Maschine, deren Mantel 1 mit <"· einem in Richtung auf den Betrachter überstehenden Teil exzentrisch den Kupplungsring 6 umgibt. Hier ist auch die in I i g. 2 mein dargestellte drehfeste Verbindung des Führungsieiis 3 über das Zwischenglied 31 mitI 1 g 3 / eigi the \ UTHORISATION a Kopplungsnnges h on the front side of the machine, whose shell 1 <"a protruding toward the viewer part surrounds eccentric to the coupling ring 6. Here, the in I i g. 2 is my shown non-rotatable connection of the guide member 3 via the intermediate member 31 with

der Welle 5 zu erkennen, die ihrerseits drehfest mit der Scheibe 7 verbunden ist.the shaft 5 can be seen, which in turn rotatably with the Disc 7 is connected.

Die Anordnung des Kopplungsringes 6 im Inneren des hohl ausgebildeten Hubkolbens 4 nach F i g. 4 ergibt eine sehr gedrängte Bauweise. Auf die Möglichkeit, den Raum innerhalb des Kopplungsringes 6 als Pumpe für eine Kühl- oder Schmierflüssigkeit zu benutzen, wurde schon hingewiesen.The arrangement of the coupling ring 6 inside the hollow reciprocating piston 4 according to FIG. 4 results a very compact design. On the possibility of the space within the coupling ring 6 as The use of a pump for a cooling or lubricating liquid has already been mentioned.

Bei dem in F i g. 5 dargestellten Beispiel für die Anordnung mehrerer Hubkolben in Sternform ist die Hälfte ,der Führungsteile, nämlich alle mit 2 bezeichneten, drehfest mit dem Mantel 1 verbunden, während die andere Hälfte, d. h. die mit 3 bezeichneten Führungsteile sich gegen den Arbeitsdruck auf einem feststehenden elliptischen Körper 8 abstützen, im übrigenIn the case of the FIG. 5 shown example for the arrangement of several reciprocating pistons in a star shape is the Half, the guide parts, namely all designated with 2, rotatably connected to the jacket 1, while the other half, d. H. the guide parts designated by 3 are against the working pressure on a fixed support elliptical body 8, otherwise

s aber freibeweglich sind. An Stelle eines solchen Körpers 8 kann auch eine Kurvenbahn in einer Stirnwand vorgesehen sein, oder die Führungsteile 3 werden drehfest mit der Welle 5 verbunden und die Welle 5 wird mit dem Mantel 1 wiederum über einen Kopplungsrings but are free to move. Instead of such a body 8, a curved path can also be provided in an end wall, or the guide parts 3 become non-rotatable connected to the shaft 5 and the shaft 5 is connected to the jacket 1 in turn via a coupling ring

ίο 6 oder eines der genannten Getriebe gekoppeltίο 6 or one of the mentioned gearboxes coupled

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Reciprocating engine with one or more

reciprocating piston rotating in a housing, with weleher the working spaces through the walls of the housing and the end faces of the in cross section rectangular reciprocating piston are limited, the axis perpendicular to the circulation through the working fluid is acted upon, or it is displaced, characterized in that the work spaces by Walls per reciprocating piston (4) of two guide parts (2, 3) that can swing in the housing are limited and the walls are designed as guides for the reciprocating piston (4) which are complementary to each other Surfaces of the reciprocating piston (4) cooperate, the respective surfaces in contact with one another the guide parts (2, 3) and the reciprocating piston (4) are coaxially curved so that by moving at least one of the sensing parts (2, 3) in the housing and one caused by it Displacement of the reciprocating piston (4) the working spaces are formed, and that at least one of the guide parts (2, 3) is connected directly or indirectly to the shaft (5) in a rotationally fixed manner. * 5

2. Reciprocating piston engine according to claim 1, characterized in that the two running surfaces of the The reciprocating piston (4) are convexly curved with the same radii.

, 3. Reciprocating piston machine according to claim 1 or 2, characterized in that the guide parts (2, 3) comprehensive housing is a rotatable, cylindrical jacket (1) with which a guide part (2) firmly connected and which is eccentrically surrounded by a rotatable coupling ring (6) and with the-Sem is engaged in a rotationally oscillatory manner, the other guide part (3) with the coupling ring (6) Is indirectly engaged in a rotationally oscillating motion.

4. Reciprocating piston machine according to claim 1 or 2, characterized in that the guide parts (2, 3) comprehensive housing is a rotatable cylindrical jacket (t), with which a guide part (2) is firmly connected and the eccentric with an eccentric protruding part on the front side a rotatable Coupling ring (6) surrounds and engages with it such that it can rotate and vibrate, the andefe Guide part (3) with a non-rotatably connected to the shaft (5) and forming an end wall of the housing Disc (7) is firmly connected and is movable in a rotationally oscillating manner with the coupling ring (6) via this disc (7) is engaged.

5. A reciprocating piston machine according to claim 1 or 2, characterized in that the reciprocating piston (4) is hollow and in its interior centrally a shaft (5) and eccentrically a coupling ring (6) is arranged, which is rotatably mounted in the housing, one Führungsleil (2) is fixedly connected to the shaft (5) and rotationally vibrating movement is in engagement with the coupling ring (6), while ^h slides ° the other guide part (3) on the shaft (5) and rotationally oscillating movable with the coupling ring (6) Engagement is.

6. Reciprocating piston machine according to claim 3, 4 or 5, characterized in that the engagement in which ^e *> the Fühiungsteile (2, 3) are directly or indirectly with the coupling ring (6) in engagement, each by one in the coupling ring ( 6) or in the other engagement body (parts 1, 2, 3, 5 or 7) mounted so as to be capable of rotating oscillating movement and radially or approximately radially displaceable, plate-shaped intermediate member (21.31) is produced.

7. Reciprocating piston engine according to one of claims 3 to 6, characterized in that the through the coupling parts formed sickle-shaped spaces serve as additional work spaces.

8. Reciprocating piston engine according to one of claims 3 to 7, characterized in that the Eccentricity of the coupling ring (6) adjustable