DE614427C - Taumelkolbenmaschine - Google Patents

Taumelkolbenmaschine

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DE614427C
DE614427C DES110595D DES0110595D DE614427C DE 614427 C DE614427 C DE 614427C DE S110595 D DES110595 D DE S110595D DE S0110595 D DES0110595 D DE S0110595D DE 614427 C DE614427 C DE 614427C
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piston
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wobble piston
piston machine
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C9/00Oscillating-piston machines or engines
    • F01C9/005Oscillating-piston machines or engines the piston oscillating in the space, e.g. around a fixed point

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Description

  • Taumelkolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Tauinelkolbenmaschine, wie z. B. Pumpe, Gebläse, Verdichter, Motor, bei der in einem Kugelgehäuse ein an der Umdrehung gehinderter Taumelkolben schräg gelagert ist.
  • Bei bekannten Taumelkolbenmaschinen wälzt sich der schräg gelagerte, an der Umdrehung gehinderte Kolben mit seinen Förderflächen an den seitlichen Gehäusewandungen oder auch Zwischenwandungen ab, und die Berührung zwischen den Kolbenförderflächen und den Gehäuseseitenwandungen erfolgt in einer Linie, die einen zuverlässigen und dauernden Abschluß zwischen Saug- und Druckraum nicht gewährleistet, so daß ein Überströmen des Arbeitsmittels vom Druckzum Saugraum stattfinden wird, was erhebliche Nachteile bringt.
  • Durch die Erfindung soll die Abdichtung zwischen den Kolbenförderflächen und den seitlichen Gehäusewandungen verbessert werden. Die Erfindung besteht darin, daß die Förderflächen des Taumelkolbens mit einem Flächenteil gegen Anschnittflächen der seitlichen umlaufenden Gehäusewandungen liegen, so daß die Anschnittflächen bei der taumelnden Bewegung des Kolbens dessen Förderflächen bestreichen. Hierdurch wird eine flächenförmige Berührung zwischen Kolbenförderfläche und Gehäuseseitenwandung erzielt. Die Seitenwandungen des Arbeitsrauines sind sowohl mit dem Schräglager des Kolbens als auch mit der Antriebswelle starr verbunden, d. h. daß die Seitenwandungen mit der Welle in gleicher Winkelgeschwindigkeit umlaufen. Diese umlaufenden Seitenwandungen des Arbeitsraumes sind mit einer Anschnittfläche versehen, dessen Form den Förderflächen des Taumelkolbens entspricht oder nahezu entspricht, gegen die der Taumelkolben anliegt. Bei der Umdrehung der Antriebswelle läuft die Anschnittfläche der Seitenwandungen mit der wandernden Berührungsfläche des Kolbens um.
  • Es wird durch das Umlaufen der Gehäuseseitenwandungen gleichzeitig erzielt, daß keine wesentlichen Reibungsverluste zwischen Fördermittel und diesen Seitenwandungen auftreten.
  • Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigen Fig. z einen senkrechten Achsschnitt durch die Taumelkolbenmaschine, Fig. a einen Schnitt nach Linie 11-II der Fig. z durch die umlaufende Seitenwand, Fig.3 den schematischen Grundriß einer Kolbenart, Fig. q. die Aufsicht auf die bewegten Teile der Maschine, Fig. 5 den seitlichen Grundriß eines Taumelkolbens, Fig. 6 die Wirbeldrosselung des Förder= mittels zwischen Gehäuse und Kolbenumfangsfläche, Fig. 7 . einen Horizontalschnitt durch die bewegten Teile der Maschine zur Erläuterung der einzelnen Winkelgrößen, wobei die gestrichelten Linien die Lage der Seitenwandungen mit den Anschnittflächen, also die flächenförmige Berührung zwischen dem Taumelkolben und den Seitenwandungen darstellen.
  • Nach der Erfindung ist in einem Kugelgehäuse i mit seitlichen Einsatzstücken 2 in den Lagerbüchsen 3 eine Antriebswelle q. gelagert. Die Welle 4 läuft auf beiden Seiten des Gehäuses im Gehäuse in Kugelkalotten 5 und 6 aus, zwischen denen eine abgeflachte Kugel 7 liegt, in die der Schräglagerzapfen 8 mit den seitlichen kegeligen Lagerflächen 9 und io für den Taumelkolben i i eingedreht ist. Durch diese kegeligen Lagerflächen 9 und io, deren Kegelscheitel zweckmäßig im oder nahezu im Mittelpunkt des Taumelkolbens liegen, wird ein Verecken und damit ein starker Verschleiß des Kolbens im Lager vermieden. Der Taumelkolben i i besitzt einen Schlitz 12, mit dem er über eine im Gehäuse i gelagerte Trennwand 13 faßt, die Saug- und Druckseite der Maschine voneinander trennt. Links und rechts von der Trennwand 13 schließen sich am Gehäuse i der Saugstutzen und der Druckstutzen in bekannter Weise an. In dem Schlitz 12 ist bei dem Taumelkolben ii, dessen .Förderflächen 17 nach außen divergieren, ein Kegelzapfen 14 in einer entsprechenden Aussparung des Kolbens gelagert. Dieser Kegelzapfen 1q., der in Fig. q. im Grundriß sichtbar ist, faßt mit einem Schlitz über die Trennwand 13. Bei der taumelndenBewegung des Kolbens iiwird Zapfen 14 vom Kolben mitgenommen und gleitet mit seinem Schlitz auf der Trennwand 13 hin und her, wobei sich der Kolben i i außerdem um den Zapfen 1q. hin und her dreht.
  • Der Kolben i i kann dadurch seinen Bewegungen hemmungslos folgen, so daß die Reibungsverluste sehr klein sind.
  • Die beiden Kugelkalotten 5 und 6 sind nach dem Gehäusemittel hin mit je einer Kegelfläche 5a und 6a versehen, die als Seitenwandung für den wirkenden Arbeitsraum 15 dienen, der andererseits durch das Kugelgehäuse i und die Lagerkugel 7 begrenzt wird. Aus den Kegelflächen 5a und 6a ist ein Teil herausgeschnitten, und zwar so, daß die Schnittfläche 16 einen Kegelflächenteil darstellt, dessen zugehöriger Kegel der, Förderflächen 17 des Taumelkolbens i i entspricht.
  • Zur Erklärung, wann zwischen den Kolbenförderflächen und den Seitenwandungen des Gehäuses eine Linien- bzw. eine Flächenberührung eintritt, wird an Hand der Fig. 7 folgendes angeführt: Eine Linienberührung zwischen den Förderflächen 17 des Taumelkolbens i i und den beiden Kegelflächen 5a und 6a tritt ein, wenn zwei Winkel 18 (Schwenkwinkel des Taumelkolbens, der durch den Winkel. des Schräglagerzapfens 8 zur Wellenachse bestimmt ist) gleich dem Winkel 2o sind, der zwischen der Seitenwandung und der Kolbenlagerfläche g bzw. io in den äußersten Lagen des Taumelkolbens genommen ist. Der Öffnungswinkel i9 des Taumelkolbens kann gleich, kleiner oder größer sein als der Winkel 18. Um jedoch ein gutes Führungsverhältnis des Taumelkolbens i i auf der Trennwand 13 zu erzielen, soll der Taumelkolbenwinkel i9 gleich oder größer als der Winkel 18 (halber Schwenkwinkel) sein. Bei Flächenberührung zwischen den Förderflächen 17 des Taumelkolbens i i und den beiden Kegelflächen 5a und 6a muß der Winkel 2o kleiner sein als zwei Winkel 18 (Schwenkwinkel). Es ist daher dieser entsprechende Winkel kleiner als zwei Winkel 18 (Schwenkwinkel). Die Länge 22 der Anschnittfläche 16, wie die oben angeführte Schnittfläche 16 benannt werden soll, wird größer, je kleiner der Winkel zi gewählt wird. Die Länge der Anschnittfläche 16 muß gleich oder größer sein als die Schlitzbreitea3 im Kolben. Dieses ist erforderlich, weil sich zwischen den Anschnittflächen 16 und den Enden U' und 13b der Trennwand 13 eine Öffnung bei der Umdrehung der Seitenwandungen 5a und 6a ergibt, durch die das Fördermittel von der Druckseite zur Saugseite überströmen kann (Fig. i und q.). Bei Stellungen der Anschnittflächen 16 außerhalb der Trennwand 13 wird eine Abdichtung zwischen Saug- und Druckseite durch das Anliegen der Kegelflächen 5a und 6a gegen die Enden 13a und 13b der Trennwand 13 bewirkt. Sobald das vordere Ende der Anschnittflächen 16, bezogen auf die Drehrichtung, an der Trennwand 13 vorbeiläuft, bildet sich der obengenannte Zwischenraum zwischen dem Ende 13a der Trennwand 13 und der Anschnittfläche 16 (Fig. i und q.), der dadurch abgedichtet wird, daß der Taumelkolbeli i i an den Stellen 24 und 25 gegen die Anschnittflächen 16 liegt, d. h. daß die Länge 22 der Anschnittfläche 16 größer oder mindestens gleich der Breite 23 des Kolbenschlitzes 12 sein muß.
  • Wird ein Kolben i i verwendet (Fig. i und q.), bei dem die Lagerflächen 9 und io und die Förderflächen 17 des Kolbens i i nach außen divergieren und den gleichen Kegel haben, dann laufen die Anschnittflächen 16 in die kegeligen Lagerflächen 9 und io des Kolbenschräglagers über (Fig.i).
  • Nach der Erfindung ist es auch möglich, die Flächenabdichtung bei beliebigen Kolbenarten zu erzielen. Hat ein Kolben beispielsweise die Form nach Fig. 3, ,d. h., die Förderflächen 26 konvergieren nach außen und die Gehäuseseitenwandungen sind vertikale Ebenen, dann müssen diese Seitenwandungen eine konkave, kegelige Anschnittfläche besitzen, in die sich die Förderflächen 26 des Kolbens einschmiegen können. Die Seitenwandungen müssen auch hier an der Umdrehung der Welle teilnehmen.
  • Bei einem Kolben, dessen'beide Förderflächen parallel zueinander verlaufen, d. h. bei einem ebenen plattenförmigen Kolben und kegeligen Gehäuseseitenwandungen, müssen die Seitenwandungen eine Anschnittfläche aufweisen, die eine ebene Fläche ist und wieder mit der Welle umläuft.
  • Es geht aus diesen Ausführungen hervor, daß die mitumlaufenden Seitenwandungen 5a und 6a der Taumelkolbenmaschine zur Erzielung einer Flächenabdichtung zwischen den Förderflächen des Kolbens und den Seitenwandungen konvexe, konkave oder ebene Anschnittflächen, entsprechend der Form der Förderflächen des Taumelkolbens, aufweisen müssen.
  • Der Taumelkolben ii (Fig. 1, 4 und 5), der zur Herabsetzung der schwingenden Massen beispielsweise hohl ausgebildet ist, ist am Umfang flanschartig nach innen abgebogen und mit nutenförmigen Aussparungen 27 versehen. Diese Nuten 27 der beiden Kolbenhälften ija und iiU (Fig. 5) sind gegeneinander versetzt, so daß die in sie eindringende Flüssigkeit nicht die Saug- und Druckseite der Maschine miteinander verbinden kann. Diese Nuten 27 dienen als Drosselung für die etwa zwischen innerer Gehäuseumfangswandung und dem Kolbenumfang durchströmende Flüssigkeit, da sich in den Nuten Wirbel bilden (Fig. 6), die eine sogenannte Wirbeldrosselung hervorrufen und ein glattes Durchströmen der Flüssigkeit verhindern. Es kann daher auf einen Gleitkontakt zwischen Kolbenumfang und Gehäusewandung verzichtet werden, wodurch wieder etwaige Reibungsverluste vermieden sind.
  • Dadurch, daß die Seitenwandungen 5a uiid 6a der Maschine mit der Welle umlaufen, ist es möglich, eine einwandfreie seitliche Lagerung vorzusehen, indem die nach innen gezogenen Lagerbüchsen 3a die ganze Fläche der beiden Kugelkalotten 5 und 6 überdecken. Die Abdichtung des Arbeitsraumes 15 wird seitlich durch die Packungen 28 und 29 erreicht.
  • Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende: Durch die Welle 4. wird das Schräglager des Taurnelkolbens i i in Umdrehung versetzt, so daß der Kolben i i, der durch die Trennwand 13 und einen geschlitzten Zapfen 14. oder durch ein anderes Mittel an der Umdrehung gehindert wird, eine Schwenkbewegung ausführt, der eine Drehbewegung überlagert ist. Die Größe der Schwenk- und Drehbewegung ist durch den Winkel des Schräglagerzapfens 8 zur Antriebswelle q. gegeben. Der-Arbeitsraum 15 wird durch die Trennwand 13 in Saug- und Druckraum unterteilt. Durch die schräge Lage des Kolbens i i und seine Berührung mit den Seitenwandungen des Gehäuses wird wieder der Saug- und auch der Druckraum in je zwei Kammern unterteilt, die sich bei der taumelnden Bewegung des Kolbens ii auf der Saugseite abwechselnd von Null auf ein Maximum vergrößern und auf der Druckseite abwechselnd von diesem Maximum bis auf Null abnehmen, so daß ein ununterbrochener Flüssigkeitsstrom durch die Maschine erzeugt wird.
  • Es wird sich also auch der Taumelkolben i i beidseitig an den Gehäusewandungen abwälzen, und zwar mit Linienberührung, wenn die Seitenwandungen feststehen und die genannten Bedingungen für die einzelnen Winkelgrößen vorliegen. Laufen nun die Seitenwandungen mit dem Schräglager um und ist der Winkel 2o doppelt so groß als der halbe Schwenkwinke118, dann wird der Taumelkolben ii ebenfalls nur mit Linienberührung gegen die Seitenwandungen 5a und 6,1 liegen. Bei dieser Ausführung ist aber schon der Vorteil gegeben, daß durch das Umlaufen der Seitenwandungen Relativgeschwindigkeiten und damit Reibungsverluste zwischen Fördermedium und Seitenwandungen vermieden werden.
  • Wird der Winkel 2o wie nach der Erfindung auf den Winkel 2 i verkleinert, d. h. der Winkel 2o ist kleiner als der Schwenkwinkel 2mal 18, und sind die Seitenwandungen 5a und 6a mit Anschnittflächen 16 versehen, wie oben ausgeführt, dann schmiegt sich der Kolben i i beidseitig an diagonal im Gehäuse gegenüberliegenden Stellen flächenförmig mit seinen Förderflächen 17 an die Anschnittflächen 16 an. Wird nun die Welle q. in Umdrehung versetzt, dann laufen die Anschnittflächen 16 mit um, und gleichzeitig werden durch die erzeugte taumelnde Bewegung des Taumelkolbens i i die Förderflächen 17 des Taumelkolbens von diesen Anschnittflächen 16 bestrichen, d. h. es findet während einer vollen Umdrehung der Welle zwischen den Förderflächen 17 und den Anschnittflächen 16 eine dauernde flächenförmige Berührung statt, und damit ist ein vollkominen dichter Abschluß zwischen Saug- und Druckraum der Maschine erzielt.
  • Die Kegelflächen 5a und 6a kommen nicht mit den Förderflächen 17 in Berührung. Diese Kegelflächen 5a und 6a haben nur die Aufgabe, mit den Enden der Trennwand 13 dicht abzuschließen, um dadurch eine Verbin- Jung zwischen Saug- und Druckraum der Maschine zu verhindern.
  • Damit durch die Maschine auch Flüssigkeiten mit faseriger oder körniger Beimengung gefördert werden können und damit diese Beimengungen nicht zwischen die Anschnittflächen 16 und die Förderflächen 17 gelangen, sind an den Enden der Anschnittfläche 16 Aussparungen 30 vorgesehen, die in eine Abstreichkante 31 auslaufen, durch die die körnigen Teile zurückgehalten werden. Durch die Anordnung dieser Aussparung 30 mit der Abstreichkante 31 wird sogar ein Fördern von körnigen Stoffen, wie z. B. Getreide usw., möglich, ohne daß dadurch irgendwelche Hemmungen in der Maschine auftreten.
  • Bei der Maschine nach der Erfindung haben alle den Maschinenraum 15 begrenzenden Teile, mit Ausnahme der Gehäuseinnenwandung I, eine fortschreitende Bewegung, deren Relativgeschwindigkeit zum Fördermittel gleich Null ist, so daß die Maschine mit geringsten Störungsverlusten arbeitet. Da weiter überall eine Flächenabdichtung zwischen den bewegten und feststehenden Teilen bzw. den bewegten Teilen der Maschine gegeben ist und auch besonders zwischen den Förderflächen i7 des Taumelkolbens ii und den Gehäuseseitenwandungen bzw. den Anschnittflächen 16 eine flächenförmige Abdichtung vorliegt, so kann die Maschine mit kleinen Abmessungen gebaut werden und schon reit ganz geringen Drehzahlen laufen, wodurch der Verschleiß sehr gering wird.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Taumelkolbenmaschine zur Verwendung als Pumpe, Gebläse, Verdichter oder Motor, bei der in einem Kugelgehäuse ein an der Umdrehung gehinderter Taumelkolben schräg gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderflächen (17) des Taumelkolben,9 (I I) mit einem Flächenteil gegen seitliche umlaufende Anschnittflächen (16) liegen und daß die Anschnittflächen (16) bei der taumelnden Bewegung des Kolbens (ii) dessen Förderflächen (17) bestreichen.
  2. 2. Taumelkolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die die Anschnittflächen (16) aufweisenden Körper (5, 6) mit der Antriebswelle (q.) und dem Kölbenschräglager (8) starr verbunden sind.
  3. 3. Taumelkolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschnittflächen (16) entsprechend der Form des Taumelkolbens (ii) konkav bzw. konvex geformte Kegelflächenteile oder auch ebene Flächen sind, die die Förderflächen (17) des Taumelkolbens (ii) bei seiner Bewegung bestreichen. q..
  4. Taumelkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zugehörige Kegel der konvex bzw. konkav geformten Anschnittflächen (16) dem Kegel der Förderflächen (17) entspricht oder nahezu entspricht.
  5. 5. Taumelkolbenmaschine nach. Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die die Anschnittflächen (16) aufweisenden, mit der Welle (4) umlaufenden Körper (5, 6) an den Anschnittflächen (16) anschließend mit einer zentral zur Wellenachse (q.) liegenden Kegelfläche (5a, 6a) versehen sind, die gegen die Endflächen (13a, i3b) der zwischen Druck- und Saugseite angeordneten Trennwand (13) liegen und als Seitenwandung für den wirkenden Arbeitsraum (i5) dienen.
  6. 6. Taumelkolbenmaschine nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Taumelkolben (I I) an den Anschnittflächen (16) auf einer Länge (22) anliegt, die gleich oder größer als die Schlitzbreite (23) des Kolbens (i i) ist.
  7. 7. Taumelkolbenmaschine nach Anspruch I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei zweiseitig wirkendem Taumelkolben (I i) die beiden seitlichen Anschnittflächen (16) sich im Arbeitsraum (15) diagonal gegenüberliegen. B. Taumelkolbenmaschine nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der Anschnittflächen (16) Aussparungen (3o) mit Abstreichkanten (31) vorgesehen sind, die bei der Taumelbewegung ein Eindringen von Fremdkörpern oder körnigen Teilen zwischen die Förderflächen (i7) des Kolbens (ii) und den Anschnittflächen (16) verhindern.
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