DE3347133A1

DE3347133A1 - Radialkolbenmaschine als evolventenmaschine

Info

Publication number: DE3347133A1
Application number: DE19833347133
Authority: DE
Inventors: Hermann Ing.(grad.) 4224 Hünxe Neuhaus
Original assignee: Individual
Current assignee: HESSELMANN, HEINZ, 46562 VOERDE, DE
Priority date: 1983-12-27
Filing date: 1983-12-27
Publication date: 1985-11-21
Also published as: DE3347133C2

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Radialkolben-
maschine, deren Welle oder deren Kurvenscheibe nach dem Gesetz der Kreisvolvente konstruiert ist.
Bei den bekannten Radialkolbenpumpen und -Motoren ist die Welle als Kreisexzenter ausgebildet. Die bei der Drehung der Welle erzeugten Kolbenhübe führen bekanntlich zu einem ungleichförmigen Förder- oder Schluckvolumen. Beim Motor ist das erzeugte Drehmoment Kraft x Wirkeadius und führt nur einmal während der Wirkzeit von 180° zum maximalen Moment Kraft x Exzenterradius.
Die Radialkolbenmaschine gemäss der Erfindung kann sowohl als Pumpe wie auch als Motor verwendet werden. In beiden Fällen stellt die äussere Begrenzung der Welle eine Kreisevolvente der.
Bei Drehung der Pumpenwelle wird durch die Zylinderkolben ein gleichmässiger, pulsationsfreier Volumenstrom erzeugt.
Beim Motor wirken die Zylinderkolbenkräfte ohne Verlustkomponenten tangential am Grundkreis der Kreisevolvente und erzeugen während der ganzen Wirkzeit ein gleichbleibendes, relativ grosses Drehmoment.
Die gleiche Aussage gilt auch für die Vielhubmaschinen, deren Steuerkurve ebenfalls eine Kreisevolvente darstellt.
(Hierzu gehören die Zeichnungen 1 - 9 ) Vergleicht man die Kreisexzentermaschinen mit den Evolventenmaschinen, so ergeben sich unter gleichen Voraussetzungen - gleicher Kolbendruck, gleicher Kolbendurchmesser, gleiche Grösse des Exzenterkreises und Grundkreises -folgende Vorteile für die Evolventenmaschinen: 1 ) Pulsationsfreies Förder- und Schluckvolunen 2.j Setr3chtlicher Gewinn an Drehmoment ( siehe Zeichnung 2 - 5 ) 3.) Verbesserung des mechanischen Wirkungsgrades von Pumpe und Motor0 was sich besondere auch bei den hydrostatischen Getrieben auswirkt 4.) eine Drehzahlschwankungen im bereich kleiner Drehzahlen Die Radialkolbenmaschine als Motor nach Zeichnung 8, Aus der Querschnittszeichnung "a" geht hervor, dass alle Zylinder der i,aschine so angeordnet sind, dass ihre Mittellinien sich tangential an den Grundkreis der Evolvente anlegen und ihre Kräfte auf die Welle gerichtet sind. Die Welle wird also rechtsherum gedreht. Dabei wirken die Kolbenkräfte tangential am Grundkreis der Evolvente und erzeugen während ihrer Wirkzeit ein gleichbleibendes Drehmoment von der Grösse Kraft x Grundkreisradius sowie eine pulsationsfreie Drehung der Welle.
Während eines Umlaufes der Welle werden alle Zylinder-Kolben zu einem Doppelhub veranlasst. Bei einer Maschine mit 7 Zylindern z.B. beträgt die Zylinderteilung 51,4°.
Während einer Umdrehung üben ständig 3 Zylinder einen Arbeitshub oder Druckhub aus, wie aus den 4 gezeichneten Stellungen der Welle hervorgeht. Die Arbeitswirkungsdauer eines Zylinders beträgt also 3 x 51,4° = 154,2° eines Umlaufes. 205,8° verbleiben für die Rückführung der Zylinderkolben oder fr das Ausschieben des drucklosen Öles übrig. Die Seite der Welle, die die Rückführung der Zylinderkolben oder das Ausschieben des drucklosen öles besorgt, stellt in ihrer 4 uerschnittsbegrenzung ebenfalls eine Evolvente dar und ist im Vergleich zur Gegenseite gegenläufig. Daraus ergibt sich, dass die Serührungsstellen der Kolben rollen mit der Welle nicht auf der Mittellinie der Zylinder liegen und die Kolbenrückführungskräfte, die die Welle auf die Zylinderkolben Oberträgt, nicht verlustlos sind, wie in der Querschnittszeichnung "a" zum Ausdruck gebracht wird.
Die äussere Begrenzung des Wellenquerschnitts, die beide Evolventen miteinander verbindet, ist jeweils ein Kreis mit dem Radius R1 und R2.
Soll die Welle des Motors linicsherum drehen, so müssen die Tangenten so an den Grundkreis gelegt werden, dass ein linksdrehendes moment erzeugt wird, wie aus Querschnitt "#" hervorgeht.
Die Evolventenmaschine als Pumpe.
In der Zeichnung 9 ist eine Evolventenpumpe im Querschnitt gezeichnet. Der Grundkreis der umpe ist wegen des Laatmomentes klein. Die Pumpe hat 7 Zylinder und deren Teilung beträgt 51,4 Die Aussere Begrenzung des druckhuberzeugenden Teilquerschnittes der Welle beträgt 3 x 51,40 = 154,20 eines Umlaufes und stellt eine Evolvente dar Die Evolvente wurde mit # = 458,3° begonnen und endet mit # = 612,5°.
Die Evolventenmaschine als Vielhubmaschine.
nach Zeichnung 6, 7, und 11.
Die Vielhubigkeit bezieht sich auf die Arbeitsspiele der Zylinder pro Umdrehung der An- oder Abtriebswelle.
Die Anzahl der Arbeitsspiele ist, konstruktiv gesehen, frei wählbar. In der Zeichnung 6 und 11 ist dieses Arbeitsspiel mit 60° des Grundkreises festgelegt worden. Danach beträgt ein Zylinderhub 3C° des Grundkreises.
Die Maschine besteht aus 4 Zylindergruppen, die nebeneinander auf der Arbeitswelle sitzen. Der Querschnitt einer Gruppe ist in Zeichnung 11 dargestellt0 Der Sruppe besteht aus 3 Zylindern, die jeweils um 120° versetzt sind.
Die teuerung der Zylinder erfolgt nach dem Schema, wie es in der Zeichnung 7 zum Ausdruck gebracht wird.
Da die Zylinder der Gruppen aus fertigungstechnischen Gründen in einer Flucht liegen, müssen die Kurvenscheiben, die zur Steuerung der Zylinderkolben dienen, um 30 bzw.
15° versetzt sein.
ziede Kurvenscheibe besitzt 6 Kurven für den Arbeitshub oder Druckhub, die eine Evolvente darstellen. Die 6 Rückhohlkurven zur Rückführung der Zylinderkolben oder zum Ausschieben d drucklosen Glas können frei gestattet werden. Sie können auch entfallen, wenn die Kolben durch Federn rückgeführt werden.
Alle Kurvenscheiban sind durch Schrauben fest mit dem stillstehenden Ghäuse verbunden. Wird nun nach Zeichnung 6 zwischen Zylinderrückwände und Zylinderkolben der Gruppe Drucköl gebracht, so bewegt sich die Welle nach rechts.
Dabei verbleiben die kolben in ihrer Ausgangslage und stützen sich mit den Pollen auf der Kurvenscheibe ab.
Ihre tangentielle Lage zum Grundkreis der Evolvente behalten die Kolben jedoch in jeder Phase der Drehung der Welle bei.Durch ihre feste Verbindung mit der Welle müssen sie die Kurvenscheibe, deren Kurve eine Evolvente darstellt, im Drehsinn abfahren, bis der Arbeitshub beendet ist.
Rierdurch ist eine gleichbleibende Drehung der Welle sowie ein gleichbleibendes Drehmoment gewährleistet.
Bei Ende des Druckhubes der Gruppe 1 setzt Gruppe 2 die Drehung der Welle in gleicher Weise fort. Während also die Gruppe 2 die Drehung der Welle aufrechterhält,werden die Zylinderkolben dar Gruppe 1 , von den Rückholkurven # gesteuert, in ihre Ausgangsstellung gebracht und schieben dabei das drucklose O'l in den Tank zurück.
ie die Reihenfolge der Arbeitehübe der einzelnen Gruppen erfolgt, geht aus der Zeichnung 7 hervor und zeigt, wie die Ventilzeiten abwechselnd von den Druckhüben der jeweiligen Gruppen überlagert werden.
Dass der Rückholweg der Kolben 2 α beträgt, geht aus der Zeichnung 6 hervor.
Die i Prinzip gleich erbeitende reversiermaschine nach Zeichnung 10 weicht nur insofern von der beschriebenen Vielhubmaschine ab, als sie ein gleichbleibendes Drehmoment für beide Drehrichtungen erzeugt und eine Innen- und eine Aussenkurve zur Steuerung der Zylinderkolben besitzt, die nicht nur für den Lis- und Rechtslauf dienen, sondern auch eine Bremsung aus beiden Drehrichtungen ermöglichen.
Die anfallende Bremsenergie wird über die umfunktionierte Pumpe (zum Motor) und den Generator ins Netz zurückoeführt.
Die Vielhubmaschine kann auch so ausgeführt werden,dass die Steuerkurven auf der Welle sitzen, wie aus der Zeichnung 12 hervorgeht. Das i-rinzip der -volventenmeschine läst sich in konstruktiver Winsicht auch auf die stufenlos regelbare Exzentermaschine übertragen.
Zeichnungen 1 rntwicklung der Kreisvolvente 2 Kräfte bei einer Radialkolbenmaschine mit Kreisexzenter 3 Kräfte einer Radielkolbenmaschine mit Kreisexzenter - MH - System 4 Momentenverlauf einer Exzentermaschine im Vergleich zu einer Evolventenmaschine 5 Vomentenvcrlauf bei einer Evolventenmaschine mit 7 Kolben 6 Vielhubmaschine als Hydraulikmotor, Ablauf eines Zylinderarbeitsspieles bestehend aus Druckhub und Rückhub 7 Vielhubmaschine, Gesamtarbeitsspiel von z.E. 4 Gruppen 8 Kräfte an einer Evolventenmaschine während eines Umlaufes (Motor) 9 Querschnitt einer Evolventenmaschine (Pumpe) 10 Querschnitt einer mvolventenmaschine als Reversiermaschine mit 2 Steuerkurven zu Bremsen aus beiden Drehrichtungen 11 Querschnitt einer Evolventenmaschine als Vielhubmaschine. Steuerkurve zur Hub- und Momentbildung aussenliegend, für eine Drehrichtung 12 Querschnitt einer Evolventenmaschine als Vielhubmaschine, Steuerkurve zur Hub- und Momentbildung auf der alle

Claims

Patentansprüche: 1) Anspruch i, dadurch gekennzeicnnet, dass der Wellenquerschnitt einer Welle zu einer Radialkolbenpumpe im Bereich der Druckhuberzeugung so geformt ist, dass aie äussere Begrenzung eine Evolvente darstellt; die Zylinder der Pumpe so angeordnet sind, dass ihre Mittellinien sich tangential an den Grundkreis der tvolvente anlegen und hierdurch bei Drenung der Welle ein pulsationsfreise gleicholeibendes Fördervolumen erzielt wird unu die Kräfte zur Druckerzeugung ohne Verlustkomponenten wirksam werden; weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass der wellenquerschnitt einer Welle zu einem i<adialicolbenmotor im drehmomenterzeugenden Bereich so geformt ist, dass seine äussere Begrenzung eine Evolvente darstellt; die Zylinder des Motors so angeordnet sind, dass ihre MIttellinien sich tangential an den Grundkreis dcr volvente anlegen und bei Lieferung eines pulsationafreien Druck-oder Schluckvolumen die Zylinderkräfte ohne Verlustkompo nenten ein gleichbleibendes Drehmoment bei gleichbleibender Drehzahl erzeugen; weiterhin dadurch gekennzeichnet dass die Steuerkurven d.Zyl.

einer Radialkolbenmaschine, die als Vielhubmaschine ausgebildet ist, eine Evolvente darstellen: die Zylinder zu dieser Maschine so angeordnet sind, dass sich ihre Mittellinien tangential an den Grundkreis der Evolvente anlegen und bei Lieferung eines pulsationafreien Druckvolumens die Zylinderkräfte ohne Verlustkomponenten ein gleichbleibendes Drehmoment bei gleichbleibender Drehzahl erzeugen.
2.) Kach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet0daas ein i'adialkolbenmotor als Vielhubmaschine und Reversiermotor mit einer inneren und einer äusseren Steuerkurve versehen ist und hierdurch links- und Rechtslauf sowie eine Bremsung aus beiden Drehrichtungen möglich ist.
3.) Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Evolventenmaschine gemäss der Erfindung nach Anspruch 1 sowohl als Pumpe wie auch als Motor für alle einschlägigen flüssigen und gasförmigen Druckmedien eingesetzt werden kann.