DE4209690A1 - Piston engine with inlet and outlet port - has piston face with sinusoidal groove in which cam in cylinder is operated to open/close ports - Google Patents

Piston engine with inlet and outlet port - has piston face with sinusoidal groove in which cam in cylinder is operated to open/close ports

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Abstract

The piston engine has a cylinder with an inlet and an outlet port, in which the piston executes a longitudinal stroke. A means of port control comprises recesses in the sleeve surface of the piston (4). The piston executes a simultaneous rotation about its longitudinal axis (7) via a gearwheel (6). The stroke movement is achieved via a sinusoidal control groove (12) in the sleeve face of the piston, and operates a cam (13) fixed in the cylinder (1). ADVANTAGE - Provides inlet and outlet port control without the need for a valve in the port.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine mit einem einen Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Zylinder, in welchem ein Kolben einen in Längsrichtung des Zylinders hin- und hergehenden Hub ausführt und welcher Steuermit­ tel zum Öffnen und Verschließen des Einlasses und Auslas­ ses aufweist.The invention relates to a piston machine with a an inlet and an outlet cylinder, in which a piston one in the longitudinal direction of the cylinder executes reciprocating stroke and which control mit to open and close the inlet and outlet it has.

Eine als Pumpe für eine Munddusche ausgebildete Kolbenma­ schine der vorstehenden Art ist beispielsweise in der DE- A-29 10 982.8 beschrieben. Die Kolbenmaschine hat, wie es bei Kolbenmaschinen üblich ist, ein Einlaßventil und ein Auslaßventil. Diese Ventile werden durch jeweils eine Fe­ der in Schließstellung gehalten und öffnen und schließen durch den wechselnden Druck im Pumpenraum zwangsläufig.A piston valve designed as a pump for an oral irrigator Machine of the above type is for example in DE A-29 10 982.8. The piston engine has like it is common in piston engines, an inlet valve and a Exhaust valve. These valves are each one Fe which is held in the closed position and open and close due to the changing pressure in the pump room.

Die Anordnung von Ventilen stellen bei Kolbenmaschinen einen beträchtlichen Kostenfaktor dar und sind häufig Ur­ sache für Störungen beim Arbeiten der Kolbenmaschine. Bei Kolbenpumpen für Mundduschen kommt es zum Beispiel oft­ mals vor, daß die Ventile durch Verschmutzungen hängen­ bleiben und die Kolbenpumpe dadurch funktionsuntüchtig wird. Man hat deshalb auch schon ventillose Kolbenmaschi­ nen entwickelt. Als Beispiel hierfür sei auf die GB-A-2 18 759 verwiesen, welche eine als Flüssigkeitspumpe ausge­ bildete Kolbenpumpe beschreibt, bei der die Trägheit von durch den Kolben bewegten Flüssigkeitssäulen so geschickt genutzt wird, daß weder ein Einlaß- noch ein Auslaßventil erforderlich wird. Diese Pumpe hat einen sehr hohen volu­ metrischen Wirkungsgrad, vermag jedoch keine hohen Drücke zu erzeugen. The arrangement of valves in piston machines represent a considerable cost factor and are often primal thing for malfunctions when working the piston machine. At Piston pumps for irrigators, for example, are common times before that the valves hang due to contamination remain and the piston pump inoperable becomes. That is why you already have valveless piston machines developed. An example of this is GB-A-2 18 759 referenced which one out as a liquid pump formed piston pump describes in which the inertia of columns of liquid moved by the piston so skillfully is used that neither an inlet nor an outlet valve is required. This pump has a very high volu metric efficiency, but cannot withstand high pressures to create.  

Wenn man mit einer Kolbenpumpe einen hohen Druck erzeugen will, dann kann man, was die GB-A-382 430 lehrt, auch auf das Auslaßventil verzichten. Diese Pumpe ohne Auslaßven­ til ist zur Erzeugung des pulsierenden Flüssigkeitsstrah­ les einer Munddusche bestimmt.If you create a high pressure with a piston pump what the GB-A-382 430 teaches can also be do without the exhaust valve. This pump without outlet vents til is used to generate the pulsating liquid jet les an oral irrigator.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Kolbenma­ schine der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der der Einlaß und Auslaß periodisch geöffnet und geschlossen wird, ohne daß hierzu jeweils ein Ventil im Einlaß und Auslaß erforderlich wird.The invention is based on the problem of a piston size to develop machines of the type mentioned at the outset the inlet and outlet periodically opened and closed without a valve in the inlet and Outlet is required.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuermittel durch Ausnehmungen in der Mantelfläche des Kolbens gebildet sind und daß der Kolben mittels ei­ nes Getriebes zur gleichzeitigen Ausführung einer Drehbe­ wegung um seine Längsachse während seiner Hubbewegung ausgebildet ist.This problem is solved according to the invention in that the control means through recesses in the lateral surface of the piston are formed and that the piston by means of egg nes gearbox for simultaneous execution of a turntable movement around its longitudinal axis during its lifting movement is trained.

Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung der Kolbenma­ schine kann man auf übliche Ventile im Einlaß und Auslaß verzichten. Der Einlaß und Auslaß wird dennoch periodisch vollständig abgesperrt oder freigegeben, so daß keine Überströmverluste auftreten. Der Kolben der erfindungsge­ mäßen Kolbenmaschine hat zusätzlich zu seiner Funktion als Kolben die Funktion eines Steuerschiebers. Die erfin­ dungsgemäße Kolbenmaschine hat eine gewisse Ähnlichkeit mit einem Zweitaktmotor mit Schlitzsteuerung, bei dem die Steuerschlitze durch die Oberkante des Kolbens gesteuert werden. Durch die Drehbewegung des Kolbens wird bei der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zur Schlitzsteuerung beim Zweitakter jedoch erreicht, daß der Einlaß und Aus­ laß niemals gleichzeitig geöffnet sind. Dadurch ist der Wirkungsgrad der Kolbenmaschine hoch. Wenn sie als Pumpe ausgebildet ist, dann lassen sich mit ihr sehr hohe Drücke erreichen. Da der Kolben durch einen motorischen Antrieb seine den Einlaß und Auslaß steuernde Drehbewe­ gung ausführt, arbeitet die Kolbenmaschine auch mit zu Anbackungen neigenden Flüssigkeiten zuverlässig.Through this inventive design of the Kolbenma Schine can be used on conventional valves in the inlet and outlet dispense. The inlet and outlet are still periodic completely blocked or released so that none Overflow losses occur. The piston of the fiction moderate piston engine has in addition to its function as a piston the function of a spool. The invent Piston machine according to the invention has a certain similarity with a two-stroke engine with slot control, in which the Control slots controlled by the top edge of the piston will. The rotary motion of the piston causes the present invention in contrast to slot control with the two-stroke engine, however, achieved that the inlet and out never be open at the same time. This is the Piston engine efficiency high. If as a pump trained, then can be very high with it Reach pressures. Because the piston is driven by a motor  Drive its rotary motion controlling the inlet and outlet execution, the piston machine also works with Reliable liquids that tend to stick.

Der Kolben könnte zur Steuerung des Einlasses und Auslas­ ses während seiner Hubbewegung sich um seine Längsachse über einen bestimmten Winkelbetrag hin- und herdrehen. Besonders einfach ist jedoch die Kolbenmaschine gestal­ tet, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Er­ findung das Getriebe zur Erzeugung einer umlaufenden Drehbewegung des Kolbens ausgebildet ist.The piston could control the inlet and outlet during its lifting movement around its longitudinal axis rotate back and forth over a certain angle. However, the piston machine is particularly simple tet if, according to an advantageous development of the Er finding the gearbox to generate a rotating Rotational movement of the piston is formed.

Die Hubbewegung des Kolbens kann von seiner Drehbewegung auf einfache Weise abgeleitet werden, wenn zur Erzeugung der Hubbewegung eine abgewickelt etwa sinusförmig ausge­ bildete Steuernut in der Mantelfläche des Kolbens umläuft und wenn fest im Zylinder ein in die Steuernut eingrei­ fender Nocken vorgesehen ist.The stroke movement of the piston can vary from its rotational movement easily derived when generating the lifting movement is a roughly sinusoidal formed control groove in the circumferential surface of the piston and when firmly inserted into the control groove in the cylinder fender cam is provided.

Konstruktiv besonders einfach ist die Kolbenmaschine ge­ staltet, wenn der Kolben auf einer Welle unverdrehbar, jedoch axial verschieblich angeordnet ist.The piston machine is particularly simple in construction stops when the piston on a shaft cannot be rotated, however, is axially displaceable.

Die zur Steuerung des Einlasses und Auslasses erforderli­ chen Ausnehmungen in der Mantelfläche des Kolbens können sehr unterschiedlich ausgebildet sein. Besonders einfach ist der Kolben gestaltet, wenn die Ausnehmungen einen einzigen, sich über weniger als 180° des Kolbenumfangs erstreckenden, den Durchmesser des Kolbens herabsetzen­ den, bis zur oberen Stirnseite des Kolbens reichenden Be­ reich bilden.The necessary to control the inlet and outlet Chen recesses in the outer surface of the piston can be very different. Particularly easy the piston is designed when the recesses one only over less than 180 ° of the piston circumference extending, reduce the diameter of the piston the Be, reaching up to the upper face of the piston make rich.

Die erfindungsgemäße Kolbenmaschine kann für sehr unter­ schiedliche Zwecke eingesetzt werden. Eine sich als be­ sonders vorteilhaft erwiesene Anwendung besteht darin, daß es sich bei der Kolbenmaschine um eine Flüssig­ keitspumpe handelt und die Motorwelle von einem Elektro­ motor unter Zwischenschaltung eines Getriebes angetrieben ist. Eine solche Kolbenmaschine eignet sich ganz beson­ ders als Pumpe für eine Munddusche, da sie sehr kosten­ günstig herstellbar ist und wegen des Fehlens von Venti­ len besonders zuverlässig arbeitet.The piston machine according to the invention can for very under different purposes are used. One as be particularly advantageous application is that the piston machine is a liquid  speed pump and the motor shaft from an electric motor driven with the interposition of a transmission is. Such a piston machine is particularly suitable as a pump for an oral irrigator, since they cost a lot is inexpensive to manufacture and due to the lack of Venti len works particularly reliably.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine als Flüssigkeitspumpe ausgebildete, erfindungsgemäße Kolben­ maschine in der Zeichnung dargestellt und wird nachfol­ gend beschrieben. Diese zeigt inThe invention allows numerous embodiments. For further clarification of their basic principle is as Piston designed according to the invention machine shown in the drawing and will follow described below. This shows in

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Kolbenma­ schine, bei der sich der Kolben in seiner obersten Stellung befindet, Fig. 1 machine a perspective, partially sectioned view of a Kolbenma invention, in which the piston is in its uppermost position,

Fig. 2 eine abgewickelte Steuerkurve der Kolbenma­ schine, Fig. 2 is a developed cam Kolbenma the machine,

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung mit in unterster Stellung befindlichem Kolben. Fig. 3 is a representation corresponding to FIG. 1 with the piston in the lowest position.

Die Fig. 1 zeigt einen Zylinder 1, welcher einen Einlaß 2 und einen Auslaß 3 aufweist. Im Inneren des Zylinders 1 befindet sich ein Kolben 4, welcher sich in Fig. 1 in seiner untersten Stellung befindet. Dieser Kolben 4 wird von einem Elektromotor 5 über ein beispielsweise als Pla­ netengetriebe ausgebildetes Getriebe 6 in eine gleichför­ mige Umlaufbewegung um seine Längsachse 7 versetzt. Fig. 1 shows a cylinder 1 having an inlet 2 and an outlet 3. Inside the cylinder 1 there is a piston 4 , which is in its lowest position in FIG. 1. This piston 4 is offset by an electric motor 5 via a gear 6, for example, as a planetary gear, in a uniform rotary movement about its longitudinal axis 7 .

Ein obererer Bereich der Mantelfläche des Kolbens 4 weist eine Ausnehmung 8 auf, die sich über weniger als 180° auf der Mantelfläche erstreckt, so daß zwei senkrechte Steu­ erkanten 9, 10 entstehen. In Fig. 1 hat der Einlaß 2 über die Aufnehmung 8 noch Verbindung mit einem Zylinder­ raum 11 oberhalb des Kolbens 4. Beim dem der in Fig. 1 gezeigten untersten Stellung des Kolbens 4 folgenden Auf­ wärtshub dreht sich der Kolben 4 entgegen dem Uhrzeiger­ sinn. Dabei fährt die Steuerkante 10 vor den Einlaß 2, so daß dieser während des Aufwärtshubes vom Kolben 4 ver­ sperrt ist. Gleichzeitig mit dem Schließen des Einlasses 2 gelangt die Steuerkante 9 vor den Auslaß 3, so daß die­ ser während des Aufwärtshubes geöffnet bleibt. Die vom Kolben 4 aus dem Zylinderraum 11 verdrängte Flüssigkeit kann deshalb über den Auslaß 3 abfließen.An upper area of the outer surface of the piston 4 has a recess 8 which extends over less than 180 ° on the outer surface, so that two vertical control edges 9 , 10 arise. In Fig. 1, the inlet 2 via the receptacle 8 still has connection with a cylinder space 11 above the piston 4th When the lowest position of the piston 4 shown in FIG. 1 following upward stroke, the piston 4 rotates counterclockwise. The control edge 10 moves in front of the inlet 2 , so that it is blocked ver by the piston 4 during the upward stroke. Simultaneously with the closing of the inlet 2 , the control edge 9 arrives in front of the outlet 3 , so that the water remains open during the upward stroke. The liquid displaced by the piston 4 from the cylinder chamber 11 can therefore flow out via the outlet 3 .

Die Fig. 1 läßt weiterhin in der Mantelfläche des Kol­ bens 4 unterhalb einer eine Dichtung 14 aufweisenden, um­ laufenden Nut 15 eine umlaufende Steuernut 12 erkennen, in die ein den Zylinder 1 durchdringender, ortsfester Nocken 13 eingreift. Fig. 1 can also be seen in the lateral surface of the Kol ben 4 below a seal 14 having a running groove 15 a circumferential control groove 12 into which a cylinder 1 penetrating, fixed cam 13 engages.

In Fig. 2 ist die Steuernut 12 abgewickelt dargestellt. Man erkennt, daß die Steuernut 12 sinusförmig ausgebildet ist. Bei einem vollen Abwärtshub des Kolbens 4 kommt es infolge der Steuernut 12 zu einer zwangsläufigen Verdre­ hung des Kolbens um 180° und bei einem sich anschließen­ den Aufwärtshub zu einer weiteren Drehung um 180° im gleichen Drehsinn.In Fig. 2, the control groove 12 is shown unwound. It can be seen that the control groove 12 is sinusoidal. At a full downward stroke of the piston 4 , there is an inevitable rotation of the piston by 180 ° as a result of the control groove 12 and when the upward stroke is followed by a further rotation by 180 ° in the same direction.

In Fig. 3 ist zu erkennen, daß sich der Kolben 4 in sei­ ner dort dargestellten obersten Stellung auf einer vom Elektromotor 5 über das Getriebe 6 angetriebenen Welle 16 nach oben verschoben hat. Die Welle 16 ist, was die Fig. 3 erkennen läßt, mit einem in den Kolben 4 eingreifenden Bereich als Vierkant ausgebildet, damit der Kolben 4 sich relativ zur Welle 16 nur axial verschieben, nicht aber verdrehen kann. In Fig. 3 it can be seen that the piston 4 has shifted in its ner top position shown there on a driven by the electric motor 5 via the gear 6 shaft 16 upwards. The shaft 16 is what can see Fig. 3, formed with an engaging in the piston 4 as a rectangular area, so that the piston 4 move relatively only axially of the shaft 16, can rotate not.

Wenn sich der Kolben 4 aus der in Fig. 3 gezeigten Stel­ lung geringfügig weiterdreht, dann passiert die Steuer­ kante 10 dem Einlaß 2, so daß von dort Flüssigkeit über die Ausnehmung 8 in den sich durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 4 vergrößernden Zylinderraum 11 strömen kann. Der Auslaß 3 ist nach Passieren der Steuerkante 9 so lange verschlossen, bis der Kolben 4 seine unterste Stel­ lung erreicht hat und mit dem Aufwärtshub beginnt.If the piston 4 from the position shown in Fig. 3 development slightly rotates, then the control edge 10 passes through the inlet 2 , so that liquid can flow from there through the recess 8 into the cylinder chamber 11 , which is enlarged by the downward movement of the piston 4 . The outlet 3 is closed after passing the control edge 9 until the piston 4 has reached its lowest position and begins with the upward stroke.

BezugszeichenlisteReference list

 1 Zylinder
 2 Einlaß
 3 Auslaß
 4 Kolben
 5 Elektromotor
 6 Getriebe
 7 Längsachse
 8 Ausnehmung
 9 Steuerkante
10 Steuerkante
11 Zylinderraum
12 Steuernut
13 Nocken
14 Dichtung
15 Nut
16 Welle 1 cylinder
2 inlet
3 outlet
4 pistons
5 electric motor
6 gears
7 longitudinal axis
8 recess
9 control edge
10 control edge
11 cylinder space
12 control groove
13 cams
14 seal
15 groove
16 wave

Claims (6)

1. Kolbenmaschine mit einem einen Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Zylinder, in welchem ein Kolben einen in Längsrichtung des Zylinders hin- und hergehenden Hub aus­ führt und welcher Steuermittel zum Öffnen und Verschlie­ ßen des Einlasses und Auslasses aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuermittel durch Ausnehmungen in der Mantelfläche des Kolbens (4) gebildet sind und daß der Kolben (4) mittels eines Getriebes (6) zur gleichzeitigen Ausführung einer Drehbewegung um seine Längsachse (7) während seiner Hubbewegung ausgebildet ist.1. Piston machine with an inlet and an outlet having cylinder, in which a piston performs a reciprocating stroke in the longitudinal direction of the cylinder and which has control means for opening and closing the inlet and outlet, characterized in that the control means are formed by recesses in the lateral surface of the piston ( 4 ) and that the piston ( 4 ) is designed by means of a gear ( 6 ) for simultaneous rotary movement about its longitudinal axis ( 7 ) during its stroke movement. 2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Getriebe (6) zur Erzeugung einer umlaufenden Drehbewegung des Kolbens (4) ausgebildet ist.2. Piston machine according to claim 1, characterized in that the gear ( 6 ) is designed to generate a rotating rotary movement of the piston ( 4 ). 3. Kolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Erzeugung der Hubbewegung eine abgewickelt etwa sinusförmig ausgebildete Steuernut (12) in der Man­ telfläche des Kolbens (4) umläuft, und daß fest im Zylin­ der (1) ein in die Steuernut (12) eingreifender Nocken (13) vorgesehen ist.3. Piston machine according to claim 2, characterized in that to generate the lifting movement a developed approximately sinusoidal control groove ( 12 ) in the man telfläche the piston ( 4 ) rotates, and that firmly in the cylinder ( 1 ) in the control groove ( 12 ) engaging cam ( 13 ) is provided. 4. Kolbenmaschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) auf einer Welle (16) unverdrehbar, jedoch axial verschieblich angeordnet ist.4. Piston machine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the piston ( 4 ) on a shaft ( 16 ) is arranged non-rotatably, but axially displaceable. 5. Kolbenmaschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (8) in der Mantelfläche des Kolbens (4) einen einzigen, sich über weniger als 180° des Kolbenumfangs erstrecken­ den, den Durchmesser des Kolbens (4) herabsetzenden, bis zur oberen Stirnseite des Kolbens (4) reichenden Bereich bilden.5. Piston machine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the recesses ( 8 ) in the outer surface of the piston ( 4 ) extend a single, extending over less than 180 ° of the piston circumference, the diameter of the piston ( 4 ), Form the area reaching to the upper end of the piston ( 4 ). 6. Kolbenmaschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Flüssigkeitspumpe handelt und die Welle (16) von einem Elektromotor (5) unter Zwischenschaltung eines Getriebes (6) angetrieben ist.6. Piston machine according to at least one of the preceding claims, characterized in that it is a liquid pump and the shaft ( 16 ) is driven by an electric motor ( 5 ) with the interposition of a gear ( 6 ).
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