DE2902626C2

DE2902626C2 - Axial piston machine

Info

Publication number: DE2902626C2
Application number: DE19792902626
Authority: DE
Inventors: Günter 5620 Velbert Thanscheidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Thanscheidt Guenter 4010 Hilden De
Priority date: 1979-01-24
Filing date: 1979-01-24
Publication date: 1985-10-03
Also published as: DE2902626A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einem mit der Triebwelle verbundenen Taumelelement und koaxial zur Triebwelle angeordneten Zylindern, deren Kolben über im Kolben angelenkte Pleuel im Taumelelement geführt sind.The invention relates to an axial piston machine with a wobble element connected to the drive shaft and cylinders arranged coaxially to the drive shaft, their pistons in the wobble element via connecting rods articulated in the piston are led.

Aus der DE-OS 24 18 894 ist ein Triebwerk für eine Hubkolbenmaschine mit parallel zur Kolbenachse angeordneter, rotierender Hauptwelle bekannt, auf welcher eine Dreh- bzw. Taumelscheibe gelagert ist. Diese ist mit den Hubkolben eines in bezug auf die Hauptwelle ortsfest angeordneten Zylinderblockes verbunden bzw. in Eingriff bringbar. Die Dreh- bzw. Taumelscheibe ist aus wenigstens zwei um eine in bezug auf die Hauptwelle geneigte Achse gegeneinander abwälzbaren Ringteilen gebildet. Der innere Ringteil ist mit der Hauptwelle drehfest verbunden, während der äußere mit einem oder mehreren mit dem bzw. den Hubkolben zusammenwirkenden Fortsätzen versehen ist. Zwischen den beiden Ringteilen ist ein Schrägrollenlager angeordnet. Die Fortsätze sind jeweils von einem Gleitkörper aufgenommen. Bei diesem bekannten Triebwerk ist der Bewegungsablauf der Fortsätze aus einer linearen und einer drehenden Bewegung sowie aus einer Verschiebung des Gleitkörpers schräg oder quer zur Bewegungsrichtung der Hubkolben zusammengesetzt. Dabei stellen die Fortsätze und der Gleitkörper eine Art Pleuelstange dar, welche mit den Ringteilen und dem Schrägrollenlager gemeinsam eine effektiv taumelnde Bewegung ausführen, weswegen die Massen des gesamten Taumelkörpers sehr klein gehalten werden müssen, damit sich die Unwucht des Triebwerkes in geringem Ausmaß hält.From DE-OS 24 18 894 an engine for a Reciprocating piston machine with a rotating main shaft arranged parallel to the piston axis is known on which a rotary or swash plate is mounted. This is one with the reciprocating piston in relation to the main shaft Stationarily arranged cylinder block connected or brought into engagement. The turntable or swashplate is of at least two ring parts which can be rolled against one another about an axis inclined with respect to the main shaft educated. The inner ring part is rotatably connected to the main shaft, while the outer one with a or several extensions cooperating with the reciprocating piston or pistons are provided. Between an angular roller bearing is arranged on both ring parts. The extensions are each received by a sliding body. In this known engine, the sequence of movements of the extensions is made up of a linear and a rotating movement as well as from a displacement of the sliding body obliquely or transversely to the direction of movement the reciprocating piston assembled. The extensions and the sliding body represent a kind of connecting rod represent, which together with the ring parts and the tapered roller bearing perform an effective tumbling movement, which is why the masses of the entire wobble body must be kept very small so that the Unbalance of the engine holds to a small extent.

Weiterhin ist aus der DE-OS 20 15 165 eine Kolbenmaschine bekannt, die entweder antreibend als Kolbenmotor oder angetrieben als Kompressor oder Pumpe verwendet werden kann. Die Kolbenmaschine weist dazu zwei nach dem Boxermotorprinzip arbeitende Doppelkolben auf, die sich in Zylindern im Gegentakt bewegen, wenn die Welle axial gedreht wird. Zur Kraftübertragung ist auf der Welle eine koaxiales, zylindrisches Element montiert, das eine damit einstückige Kurve aufweist, die in eine Ausnehmung in den Kolben eingreift. Auf diese Weise wird die Bewegung der Hubkolben abhängig vom Eingriff der Kurve in die Ausnehmung gesteuert, wodurch pro Wellenumdrehung nur jeweils ein Hub stattfindet. Eine Verkleinerung des zylindrischen Elementes auf der Welle ist bei dieser bekannten Maschine nicht möglich, weil sich dabei hinsichtlich der Axial- und Radiallast unzulässige Winkel der Kurvenbahn ergeben wurden. Auch eine Regelbarkeit der Hubhöhe und Hubbewegung ist bei dieser Anordnung nicht realisierbar.Furthermore, from DE-OS 20 15 165 a piston machine is known, which is either driving as a piston engine or powered, it can be used as a compressor or pump. The piston engine points to this two double pistons working according to the boxer engine principle, which move in cylinders in push-pull, when the shaft is rotated axially. For power transmission there is a coaxial, cylindrical one on the shaft Mounted element which has an integral curve therewith which engages in a recess in the piston. In this way, the movement of the reciprocating pistons is dependent on the engagement of the cam in the recess controlled, whereby only one stroke takes place per shaft revolution. A reduction in size of the cylindrical Element on the shaft is not possible in this known machine because it is in terms of Axial and radial load resulted in impermissible angles of the cam track. Also a controllability of the lifting height and lifting movement cannot be implemented with this arrangement.

Die nicht vorveröffentlichte DE-OS 28 28 508 mit älterem Zeitrang beschreibt ein Antriebselement zur Umsetzung von H üb bewegungen in Drehbewegungen und umgekehrt, das mehrere um eine zentrale Antriebswelle parallel zu dieser verlaufende Kolben-Zylinder-Anordnungen aufweist, wobei jeder Kolben über eine Pleuelstange gelenkbeweglich mit einem Pleuelträger verbunden ist. Die Führung der Pleuel in einem Pleueltunnel und das Angreifen der Pleuel in eine am Umfang eines Taumelelementes vorgesehene Kurvenbahn ist in dieser Offenlegungsschrift nicht offenbart.The not previously published DE-OS 28 28 508 with older priority describes a drive element for implementation from H exercises to rotary movements and vice versa, the multiple around a central drive shaft piston-cylinder arrangements running parallel to this each piston articulated to a connecting rod carrier via a connecting rod is. The leadership of the connecting rod in a connecting rod tunnel and the engagement of the connecting rod in one on the circumference of a The cam path provided for the wobble element is not disclosed in this laid-open specification.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Pleuel unabhängig voneinander mit der Kurvenbahn zusammenwirken.In contrast, the invention is based on the object of providing an axial piston machine of the type mentioned at the beginning To create a way in which the connecting rods interact independently of one another with the cam track.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruches.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of the main claim. An advantageous embodiment of the invention is the subject of the dependent claim.

Mittels einer derartigen Anordnung wird eine völlig symmetrische Steuerung der Kolben bei nur von der Ausbildung der Kurvenbahn abhängiger und damit variabler Anzahl von Hubbewegungen pro Umdrehung der Triebwelle ermöglicht. Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine ist daher praktisch frei von Unwucht, während sich die Pleuel und damit die Kolben unabhängig voneinander entsprechend der vorgegebenen Kurvenbahn bewegen können. Eine Verkleinerung der erfindungsgemäßen Anordnung, beispielsweise als angetriebene Kleinpumpe ist dabei ebenso möglich wie die Verwendung als antreibender Kolbenmotor.By means of such an arrangement, a completely symmetrical control of the pistons is only possible from the Formation of the cam track dependent and thus variable number of lifting movements per revolution the drive shaft allows. The axial piston machine according to the invention is therefore practically free from imbalance, while the connecting rod and thus the piston are independent can move from each other according to the predetermined curved path. A downsizing of the invention Arrangement, for example as a small powered pump, is just as possible as that Use as a driving piston engine.

Die Erfindung ist in der Zeichnung schematisch in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigtThe invention is shown schematically in the drawing in an exemplary embodiment and is described below explained in more detail. It shows

F i g. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine, F i g. 1 shows a section through the axial piston machine according to the invention,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie a-a von F i g. 1 undF i g. 2 shows a section along the line aa of FIG. 1 and

F i g. 3a—e eine schematische, detaillierte Darstellung einer möglichen Ventilanordnung sowie das dazugehörige Steuerschema.F i g. 3a-e a schematic, detailed representation a possible valve arrangement and the associated control scheme.

Die der F i g. 1 zugrundegelegte Axialkolbenmaschine 10 umfaßt im wesentlichen ein zylindrisches Gehäuse 11 mit einer zentralen, vertikal verlaufenden, hier gestrichelt gezeichneten Gehäuseachse 12, zu der parallel und jeweils den gleichen Abstand von dieser und voneinander aufweisenden Zylinder 13 angeordnet sind, in denen die Hubbewegungen ausführende Kolben 14 gleiten können. Die Kolben 14 sind mittels einem Pleuelzapfen 15 mit einem Pleuel 16 verbunden und weisen eine zur Achse des Pleuelzapfens 15 rotationssymmetrische Form mit einem im Bereich des Pleuelzapfens 15 verjüngten Schaft 17 und einer oberen Lauffläche 18 sowie einer unteren Lauffläche 19 auf. Auf diese Weise werden zwischen den jeweiligen Kolbenoberflächen ein oberer bzw. vorderer Arbeitsraum 20 und ein unterer bzw. hinterer Arbeitsraum 21 gebildet. Die Längsachse des Pleuel 16 ist bei jeder Hubstellung des Kolbens 14 auf den Mittelpunkt 22 eines im Zentrum des Gehäuses 11 drehbar gelagerten, kugelförmigen Taumelelementes 23 gerichtet, das sich in kartenförmigen Lagern 24 von radial verlaufenden Lagerstegen 25 abstützt. In den Zylindern 13 ist zwischen den Lagerstegen 25 ein Pleueltunnel 26 zum Durchtritt und zur axialen Führung der Pleu-Those of the F i g. 1 on which the axial piston machine 10 is based essentially comprises a cylindrical housing 11 with a central, vertically extending one, here dashed Drawn housing axis 12, parallel to and the same distance from this and from each other having cylinders 13 are arranged, in which the reciprocating piston 14 slide can. The pistons 14 are connected to a connecting rod 16 by means of a connecting rod pin 15 and have one facing Axis of the connecting rod pin 15 is rotationally symmetrical in shape with a tapered in the area of the connecting rod pin 15 Shank 17 and an upper running surface 18 and a lower running surface 19. Be that way an upper or front working chamber 20 and a lower or rear one between the respective piston surfaces Working space 21 is formed. The longitudinal axis of the connecting rod 16 is at each stroke position of the piston 14 on the Center 22 of a rotatable in the center of the housing 11 mounted, spherical wobble element 23 directed, which is in card-shaped bearings 24 from radially extending bearing webs 25 is supported. A connecting rod tunnel is located in the cylinders 13 between the bearing webs 25 26 for the passage and axial guidance of the connecting rod

el 16 vorgesehen. Zur Umsetzung der Hubbewegung der Kolben 14 in eine Rotationsbewegung ist das Pleuel 16 über eine das Taumelelement 23 in zwei Hälften teilende Laufrolls 27 in das Taumelelement 23 geführt, wobei die Laufrolle 27 in einer gestrichelt eingezeichneten Kurvenbahn 28 abrollt und eine beiderseits vom Taumelelement 23 verlaufende, mit diesem fest verbundene Triebwelle 29 in Drehung versetzt Diese Drehbewegung wird auf hier nicht dargestellte Räder oder ein Getriebe in üblicher Weise übertragen. An den beiden Enden der Triebwelle 29 ist je eine untere Nockenscheibe 30 und eine obere Nockenscheibe 31 fest angeordnet, beispielsweise angeschweißt. Die Nockenscheiben 30, 31 beaufschlagen einen am Ende einer Ventilwelle 32 angeformten, rechtwinklig dazu verlaufenden Steuerzapfen 33. Die Ventilwelle 32 betätigt zwei auf ihr angeordnete Ventile, nämlich ein Einlaßventil 34 und ein Auslaßventil 35. Diese weisen etwa die Form einer nach zwei Seiten hin abgeschrägten Halbkugel nuf, wie insbesondere Fig.3a—e zeigt, und schließen in ihrer Ausgangsstellung mit ihrer Kugelfläche dichtend einen Ventilsitz 36 ab.el 16 provided. The connecting rod is used to convert the stroke movement of the piston 14 into a rotational movement 16 via a wobble element 23 in two halves dividing rollers 27 guided into the wobble element 23, the roller 27 shown in a dashed line Cam track 28 rolls off and one on both sides from the wobble element 23, which is firmly connected to it Drive shaft 29 set in rotation. This rotary movement is applied to wheels (not shown here) or a Transmission in the usual way. At the two ends of the drive shaft 29 is a lower cam disk 30 and an upper cam disk 31 are fixedly arranged, for example welded on. The cam disks 30, 31 act on a control pin formed at the end of a valve shaft 32 and running at right angles thereto 33. The valve shaft 32 actuates two valves arranged on it, namely an inlet valve 34 and a Outlet valve 35. These have approximately the shape of a hemisphere beveled on two sides, as in particular 3a-e shows and close in their starting position with its spherical surface sealing off a valve seat 36.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 10 soll nachfolgend am Beispiel eines 4-Takt-Verbrennungsmotors (2 = 4 Zylinder) erläutert werden:The mode of operation of the axial piston machine 10 according to the invention is illustrated below using the example of a 4-stroke combustion engine (2 = 4 cylinders) are explained:

Das mittels einer hier nicht dargestellten Zündung im oberen bzw. vorderen Arbeitsraum 20 zur Entzündung gebrachte Gas-Luftgemisch drückt den Kolben 14 in dem von Kühlkammern 38 umgebenden Zylinder 13 abwärts, wobei das Gas-Luftgemisch entsprechend im unteren bzw. hinteren Arbeitsraum 21 komprimiert bzw. ausgestoßen wird. Bei dieser Bewegung des Kolbens 14 gleitet das Pleuel 16 entsprechend einem Hubwinkel 39 durch den Pleueltunnel 26 abwärts und versetzt über die Laufrolle 27 das Taumelelement 23 in Drehung, wodurch die Triebwelle 29 rotiert, deren Drehbewegung auf einen nicht dargestellten Antrieb übertragen wird. Die auf der Trebwelle 29 befestigten unteren und oberen Nockenscheiben 30, 31 betätigen dabei die Ventilwelle 32 über den Steuerzapfen 33 derart in Richtung des Pfeils 43, daß das Einlaßventil 34 eine Einlaßöffnung 40 zum Ansaugen des Gas-Luftgemisches freigibt (Fig.3). Das Schließen der Einlaßöffnung 40 erfolgt durch Drehen des Einlaßventils 34 mittels der unleren und oberen Nockenscheiben 30,31 über den Steuerzapfen 33 in eine Ruhestellung in Richtung des Pfeils 44, die die Ventilwellf: 32 während der anschließenden Verdichtungs- und Arbeitsphase einnimmt, wie insbesondere aus Fig. 3a—e hervorgeht. Beim Ausstoßen der Abgase wird durch die Drehbewegung in Richtung des Pfeils 42 der Ventilwelle 32 am Auslaßventil 35 eine Auslaßöffnung 41 frei, worauf die Ventilwelle 32 wieder ihre Ruhestellung einnimmt. Daraus ergibt sich, daß im vorliegenden Fall eine Drehbewegung von 90° erzielt wird, wobei die Nockenscheiben 30, 31 zwei komplette Steuervorgänge ausführen. Es versteht sich, daß auch andere Ventilsteuerungen vorgesehen werden können.This is done by means of an ignition (not shown here) in the upper or front working space 20 for ignition brought gas-air mixture presses the piston 14 in the cylinder 13 surrounded by cooling chambers 38, whereby the gas-air mixture is compressed or compressed accordingly in the lower or rear working chamber 21. is expelled. During this movement of the piston 14, the connecting rod 16 slides according to a stroke angle 39 down through the connecting rod tunnel 26 and set the wobble element 23 in rotation via the roller 27, whereby the drive shaft 29 rotates, the rotational movement of which is transmitted to a drive, not shown. The attached to the Trebwelle 29 lower and upper Cam disks 30, 31 actuate the valve shaft 32 via the control pin 33 in this way in the direction of arrow 43 that the inlet valve 34 releases an inlet opening 40 for sucking in the gas-air mixture (Fig. 3). The inlet port 40 is closed by rotating the inlet valve 34 by means of the lower ones and upper cam disks 30,31 via the control pin 33 in a rest position in the direction of arrow 44, the the valve shaft: 32 assumes during the subsequent compression and work phase, as in particular from Figs. 3a-e. When emitting the exhaust gases is by the rotary movement in the direction of arrow 42 of the valve shaft 32 at the outlet valve 35 a Outlet opening 41 free, whereupon the valve shaft 32 resumes its rest position. It follows that im present case a rotary movement of 90 ° is achieved, the cam disks 30, 31 two complete Carry out control operations. It goes without saying that other valve controls can also be provided.

Bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine als angetriebene Pumpe werden entsprechend bei einer Umdrehung der Triebwelle 29 vier Hubbewegungen ausgeführt.When using the axial piston machine according to the invention as a driven pump, corresponding with one revolution of the drive shaft 29, four stroke movements are carried out.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Axial piston machine with a wobble element connected to the drive shaft and coaxial to the Cylinders arranged on the drive shaft, the pistons of which are connected via a piston to the connecting rod in the wobble element are guided, characterized in that the connecting rods (16) in a connecting rod tunnel (26) are guided and engage in a curved path (28) on the circumference of the wobble element (23).

2. Axial piston machine according to claim 1, characterized in that the wobble element (23) is spherical is and the cam (28) is designed so that several strokes with one shaft revolution are carried out, the central axis of which is aligned with the sphere center point (22).