EP0093372A1 - Reciprocating piston mechanism - Google Patents

Reciprocating piston mechanism Download PDF

Info

Publication number
EP0093372A1
EP0093372A1 EP83104038A EP83104038A EP0093372A1 EP 0093372 A1 EP0093372 A1 EP 0093372A1 EP 83104038 A EP83104038 A EP 83104038A EP 83104038 A EP83104038 A EP 83104038A EP 0093372 A1 EP0093372 A1 EP 0093372A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
channels
inlet opening
outlet opening
space
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP83104038A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Lászlo Szabo
Sandor Dipl.-Ing. Kun
Andras Dipl.-Ing. Kiss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ipari Mueszergyar
Original Assignee
Ipari Mueszergyar
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ipari Mueszergyar filed Critical Ipari Mueszergyar
Publication of EP0093372A1 publication Critical patent/EP0093372A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B7/00Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
    • F04B7/04Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving in which the valving is performed by pistons and cylinders coacting to open and close intake or outlet ports
    • F04B7/06Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving in which the valving is performed by pistons and cylinders coacting to open and close intake or outlet ports the pistons and cylinders being relatively reciprocated and rotated

Definitions

  • the invention relates to a reciprocating piston mechanism which can be used as a motor, pump or in particular a volume counter and which works with a gaseous or preferably liquid working medium.
  • the reciprocating piston mechanism has a cylinder housing, in the cylinder space of which a piston can be pushed back and forth, from which the cylinder space is divided into two working spaces formed on the end face of the piston, the two dead center positions of which overlap one another, and a lockable inlet opening and a lockable outlet opening, which in the Open cylinder space and are alternately connected to one work space and the other work space.
  • volume displacement machines Piston mechanisms of this type (so-called volume displacement machines) are known in countless variations. These machines can be operated either as pumps or as motors. A specific type of reciprocating mechanism has become known through the volume displacement flow meter or volume counter. By means of these devices, the working medium flowing through is distributed to partial quantities determined in their volumes, and these partial quantities are then conveyed as such.
  • the measuring method consists essentially of counting the subsets of a certain volume. In a suitable embodiment, these devices are also operated as pumps (in general, they are designed as metering pumps of lower output).
  • Outlet of the working medium flowing through into and out of the cylinder space in that the blocking and the opening of the inlet and outlet openings are carried out automatically in a controlled manner.
  • a control is required for this, through which the inlet and outlet openings in the dead center positions of the piston are opened and closed in such a way that, in the operating mode as a volume counter, the piston is pressed into the opposite dead center position by the inflowing working medium and in the operating mode as a pump that through the piston in the working medium sucked in and the next subset of the working medium is sucked into the other working space.
  • Various electronic devices for example HU-A-146 035) are also known, but they require auxiliary energy. If this auxiliary energy fails to appear, this disturbance not only interrupts the measuring process but also the flow of the working medium. However, this is not permitted in some cases. This problem can be practically eliminated by mechanical devices. If the piston is moved to its dead center position (mechanical position determination, changeover), a mechanism is actuated which indirectly or directly shuts off or . Opening the inlet and outlet openings triggers. Such an embodiment is known from HU-A-171 771. Here, the piston is moved from the dead center position with the help of a speech memory.
  • a disadvantage of this mechanism is that the energy stored for the impulsarti ⁇ function of the switch comes from the pressure energy of the working medium to be measured, whereby the pressure required for driving the working medium is increased.
  • Another disadvantage is the complicated structure of the mechanism and also that the components of the switch that come into contact with one another are exposed to intensive wear.
  • a further disadvantage can be mentioned that, due to the pulsed actuation of the switching element, its movement period cannot be designed in such a way that a uniform partial flow is achieved during the movement period of the piston. The resolution capability is therefore limited by the stroke length b or the stroke volume of the piston.
  • Fluidyne Instrumentation (Oakland, California) has developed a series of flow meters. With the 220 series, the disadvantages listed can be partially eliminated.
  • the flow meters have four pistons offset by 90 °, which are operated in pairs. The pistons are connected via hinges to a crankshaft in the middle, from whose number of revolutions the quantity measured value is derived.
  • the pistons not only carry out the position determination but also the switchover, since spaces are formed in the body surrounding the piston cylinders, as a result of which the inner space of any piston (in one of its dead center positions) with the outer space of the one following in the direction of rotation Piston, and the outer space of the piston preceding the direction of rotation are connected to the outlet opening by means of a groove provided on the jacket of the fourth piston.
  • the four pistons have a common inner space into which the working medium to be measured enters.
  • This piston mechanism eliminates the aforementioned problems of previous mechanical switch designs.
  • its structure is very complicated and requires very precise processing.
  • the articulated arms connecting the pistons to the crankshaft must be provided with roller bearings at both ends and a composite cavity system must also be formed in the housing.
  • Another disadvantage of this construction is that it must have at least three pistons if it is operated as a flow meter, or two pistons if it is operated as a pump. It is best to have three or more pistons to achieve a smooth gear.
  • the object of the invention is to solve the disadvantages mentioned and to design a piston mechanism with the features mentioned at the outset such that reliable operation can be achieved with a simple, low-wear construction, in particular when it is used as a volume meter.
  • a reciprocating piston mechanism is created by the invention, which can be used with a single piston as a pump and with two pistons as a volume counter with an approximately uniform flow rate.
  • the reciprocating piston mechanism according to the invention retains the advantages of the known constructions without a changeover switch and without a mechanism determining the piston position. No special crank mechanism and no special connection space system in the housing is required. The device is simply constructed and can be easily manufactured and assembled.
  • the reciprocating piston mechanism according to the invention is extremely reliable. According to the invention, it was recognized that if the piston is rotated back and forth around its own axis during its axial back and forth movement, both the position determination and the switchover can be brought about with the aid of channels worked out on the piston circumference.
  • the drive mechanism for the piston is designed such that each point of the piston peripheral surface during the axial reciprocating movement between the two dead center positions is in a closed, returning path Moves, whereby through the channels in certain axial positions or angular positions of the piston corresponding connections from the work spaces to the inlet opening and the outlet opening can be created or the same can be interrupted.
  • the reciprocating piston mechanism thus has at least one piston in the cylinder space of a cylinder housing.
  • One or more inlet and outlet openings are formed on the cylinder space.
  • the length of the piston is matched to the piston stroke in such a way that the two dead center positions of the piston overlap one another, i.e. that the piston stroke is smaller than the piston length.
  • the outlet opening and the inlet opening are formed on the circumference of the cylinder space where they are covered by the piston in each piston position.
  • the piston has at least two channels, each connected to one of the working spaces on the end face of the piston, which open out in relation to one another on the circumference of the piston and are blocked off from the cylinder housing against the inlet opening and the outlet opening in the dead center positions of the piston.
  • the piston can be rotated back and forth by means of a control mechanism during the piston stroke in such a way that in the piston positions between the dead center positions, one channel is connected to the inlet opening and the other channel is connected to the outlet opening.
  • the piston preferably has four channels, which are arranged in pairs in their dead center positions on both sides of the inlet opening and the outlet opening.
  • one of the channels of each pair of channels is connected to one work area and the other to the other work area.
  • the channels can be designed as bores, which open on the one hand on the relevant end face of the piston and on the other hand on its peripheral surface, it is preferred in a development of the invention to design the channels as axial grooves on the piston peripheral surface, the one end of the groove being closed.
  • the A the inlet opening and the outlet opening are preferably diametrically opposite the piston and in the axial center of the cylinder space opposite one another.
  • each of these openings is assigned two channels, which are arranged in the dead center positions of the piston on both sides of the inlet opening or outlet opening so that they are not connected to this opening, the distance of the two channels measured along the circumference of the piston is the each channel pair associated with the openings is larger than the dimension of the associated opening measured along the circumference of the piston.
  • the distances between the channels measured on the piston circumference are preferably the same at least in pairs.
  • the control mechanism by which the piston rotations are controlled preferably has a drive wheel in which a seat is formed in the form of a bore for a pin projecting radially from the piston on its circumferential surface, the drive wheel running tangentially to the piston circumference. Since the pin is inclined relative to the bore during the rotary drive movement, the diameter of the bore is correspondingly larger than the diameter of the pin.
  • a second piston is arranged in a separate cylinder space, which runs parallel to the first cylinder space
  • the pistons are controlled for the operating mode as a volume counter by means of the control mechanism, both in terms of their stroke movement and in terms of their rotational movement, with their inlet openings on the one hand and their outlet openings on the other hand communicate with each other so that the throughput of the working medium flowing through the device is smoothed at the outlet of the device and therefore the flow of the working medium through the piston mechanism is disturbed as little as possible.
  • a third or fourth piston and all pistons are provided of the reciprocating piston mechanism are controlled out of phase with respect to both their rotary movement and their stroke movement.
  • the drive wheels of the pistons are designed as meshing gears.
  • the reciprocating piston mechanism according to the invention can be seen schematically from FIGS. 1-4, the excellent piston positions being shown during one working cycle of the mechanism.
  • the reciprocating piston mechanism has a cylinder housing H, in the cylinder space of which a piston D is guided, through which the cylinder space is divided into two working spaces V1 and V2, which are formed on the two end faces of the piston D.
  • the length of the piston is greater than the piston stroke, so that the two dead center positions, which can be seen from FIGS. 1a and 3a, overlap one another in the axial center of the cylinder space.
  • an inlet opening b and an outlet opening k are formed in the axial center of the cylinder space, which are diametrically opposite to the piston D, so that they are covered by the peripheral surface of the piston in each piston position.
  • channels bl, b2 and kl, k2 designed as axial grooves are worked out, of which the channels bl and b2 of the inlet opening b, and the channels kl, k2 are assigned to the outlet opening k.
  • the two channels bl, b2 and kl, k2 assigned to each of the openings b, k open at opposite end faces of the piston D into the working space V1 or V2, whereas their other groove end is closed.
  • the channels bl, k2 and b2, kl opposite each other diametrically to the piston also open at different end faces of the piston D in such a way that when the piston moves between its dead center positions, that of the working spaces V1, V2, the volume of which has just increased, via one of the Channels bl, b2 with the inlet opening b, and that of the working spaces V1, V2, the volume of which has just been reduced, are connected to the outlet opening k via one of the channels kl, k2.
  • the channels bl, b2 and kl, k2 are arranged offset from one another along the circumference of the piston at equal angular intervals.
  • the distance measured on the piston circumference of the two channels bl, b2 and kl, k2 assigned to each of the openings b, k is greater than the dimension of the openings b, k measured on the piston circumference, so that in the two perpendicular positions of the piston (FIG and 3b) the channels bl, b2 are arranged on both sides of the inlet opening b, and the channels k1, k2 are arranged on both sides of the outlet opening k and the opening b, k between them is completely blocked off by the circumferential surface of the piston D.
  • the length of the channels b1, b2 and k1, k2 is chosen such that the channels in each piston position overlap axially with at least one part of the openings b, k.
  • the piston D is controlled by a drive mechanism so that it operates in the pump mode.
  • the piston D executes a reciprocating rotary movement about its piston axis in such a way that the points A, which lie on that surface line of the piston, lie in the middle between the channels b1, b2 and . k1, k2 runs, describe a self-contained path by the superimposition of the stroke movement and the rotary movement of the piston, which is a circular path p when projected onto the tangential plane of the piston containing this surface line.
  • Each axial position of the piston D is therefore assigned a precisely determined angular position of the piston. If, for example, it is assumed that the one dead center position of the piston D according to FIG.
  • the working space is connected to the outlet opening k via the channel kl, while the working space V2 is connected to the inlet opening b via the channel b2 and the flow rate of the working fluid again reaches a maximum.
  • the piston then returns to its first dead center position according to FIG. 1 a, so that point A then moves back through 90 ° along the circular path p to its starting position.
  • the flow rate therefore varies according to the solid line in FIG. 5 during the movement of the piston between its dead center positions between zero and a maximum.
  • two or more pistons are therefore preferably used, the control movements of which are phase-shifted both with regard to their rotational positions and with regard to their axial positions. From Fig. 5, the flow rate v is plotted over the angular position ⁇ of the point A of the second piston with a dashed line. Therefore, if the inlet openings b of the two cylinder spaces on the one hand and the outlet openings k of the two cylinder spaces on the other hand are connected to one another, then the flow throughput of the working fluid is equalized according to the dash-dotted line in FIG. 5, which represents the resulting throughput.
  • the axes of the two pistons 2, 3 run parallel and are guided in separate cylinder spaces 20, 21 within their common cylinder housing 1.
  • the pistons 2, 3 are in accordance with the construction of FIGS. 1-4 with the outlet channels kll, k21, k22, kl2 and provided with the inlet channels bll, b21, b22, b12.
  • the inlet openings 22 and 23 are formed below the pistons 2, 3, which are connected to an inlet channel 19 common to them, whereas the outlet openings 26, 27 formed above the pistons 2, 3 in the cylinder housing 1 to an outlet channel 28 common to them are connected.
  • the cylinder spaces 20, 21 are divided by the pistons 2, 3 into the working spaces Vll, V21 and V12, V22.
  • the pistons 2, 3 are controlled out of phase with respect to the angular positions ⁇ of the piston points A1, A2. Therefore, when the piston 2 is in its axially central position, the second piston 3 is in one of its axial end positions (cf. FIG. 7).
  • the two piston points A1, A2 describe a self-contained path during the piston movement, which are identical circular paths p1 and p2 in the vertical projection onto the cutting plane VII-VII from FIG. 6 containing the two piston axes.
  • the control mechanism for the pistons 2, 3 consists of two meshing gears 9, 10, which are arranged on the outlet side of the cylinder housing 1 such that their axis intersects the axis of the associated piston 2, 3 perpendicularly.
  • the pistons 2, 3 each have, on the piston surface line, which runs in the middle between the piston channels kll, k21 and k22, k2, a pin 4, 5 projecting radially to the piston, which in a seat 24, 25 in the form of a bore engages, which is formed in a control disc 7, 8 on the underside of the drive wheels 9, 10 parallel to the axes thereof.
  • the bore diameter is larger than the pin diameter in accordance with the largest angle that the pin axis includes with the axes of the drive wheels 9, 10 (see pin 4 in the left half of FIG. 6).
  • the seats 24, 25 are each eccentric to the axis of the drive wheels 9, 10 arranged and offset from each other in accordance with the phase shift of 90 u .
  • the shaft 12 of the one drive wheel 10 is guided out of the cylinder housing cover via a ball bearing 14 and carries a magnet 13 arranged under the cover 11, which serves as a volume counter as a speed counter in the operating mode of the piston mechanism.
  • the shaft 16 of the second drive wheel 9 is mounted as a drive shaft in the ball bearing 18 and is guided out of the cylinder housing cover in a sealed manner by means of the seal 17. While in the operating mode of the piston mechanism as a volume counter the pistons are driven by the pressure of the flowing working medium, they are driven in the operating mode as a pump via the drive shaft 16, which also in the operating mode of the piston mechanism as a motor which is driven by the flowing medium, can serve as an output shaft.
  • the phase-shifted arrangement of the pistons 2, 3 contributes to overcoming the perpendicular positions of the pistons in the operating modes of the reciprocating piston mechanism, in which its pistons are driven by the flowing medium.
  • the operation of the reciprocating piston mechanism from FIGS. 6-9 corresponds to that which was explained with reference to FIGS. 1-4.

Abstract

Reciprocating piston mechanism, which can be used as a motor, pump or, especially, a volumetric meter, having a cylindrical housing (H) in whose cylindrical space a piston (D) can be displaced back and forth, and whose cylindrical space is subdivided into two working chambers (V1, V2) constructed at the end face of the piston and whose two dead centre positions overlap one another, and having a sealable inlet opening (b) and a sealable outlet opening (k), which open into the cylindrical space and can each be connected alternately to one working chamber (V1) and the other working chamber (V2). The inlet opening (b) and the outlet opening (k) are arranged diametrically opposite one another on the circumference of the cylindrical space at its axial centre, where they are covered in each piston position by the piston (D). The piston (D) has channels (b1, b2, k1, k2) which open on the circumference of the piston offset with respect to one another and in the dead centre positions of piston (D) are sealed by the cylindrical housing (H) with respect to the inlet opening (b) and the outlet openings (k), and in the dead centre positions are situated in pairs on both sides of the inlet opening (b) or outlet opening (k). It is possible for the piston to be moved back and forth during the piston stroke by means of a control mechanism in such a way that in the piston positions between the dead centre positions the working chambers (V1, V2) are connected alternately via the assigned channels (b1, b2, k1, k2) in accordance with the respective direction of displacement of the piston (D) to the inlet opening (b) or the outlet opening (k) (Figs. 1a, 1b). <IMAGE> <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenmechanismus, der als Motor, Pumpe oder insbesondere Volumenzähler verwendbar ist und mit einem gasförmigen oder vorzugsweise flüssigen Arbeitsmedium arbeitet. Der Hubkolbenmechanismus weist ein Zylindergehäuse, in dessen Zylinderraum ein Kolben hin- und herverschiebbar ist, von welchem der Zylinderraum in zwei stirnseitig des Kolbens ausgebildete Arbeitsräume unterteilt ist, dessen beiden Totpunktlagen einander überlappen, und eine absperrbare Einlaßöffnung und eine absperrbare Auslaßöffnung auf, die in den Zylinderraum münden und jeweils abwechselnd mit dem einen Arbeitsraum und dem anderen Arbeitsraum verbindbar sind.The invention relates to a reciprocating piston mechanism which can be used as a motor, pump or in particular a volume counter and which works with a gaseous or preferably liquid working medium. The reciprocating piston mechanism has a cylinder housing, in the cylinder space of which a piston can be pushed back and forth, from which the cylinder space is divided into two working spaces formed on the end face of the piston, the two dead center positions of which overlap one another, and a lockable inlet opening and a lockable outlet opening, which in the Open cylinder space and are alternately connected to one work space and the other work space.

Hubkolbenmechanismen dieser Art (sog. Volumenverdrängungsmaschinen) sind in zahllosen Variationen bekannt. Diese Maschinen können entweder als Pumpen oder als Motoren betrieben werden. Eine spezifische Art der Hubkolbenmechanismen wurde durch die Volumenverdrängungs-Durchflußmesser oder Volumenzähler bekannt. Durch diese Vorrichtungen wird das hindurchfließende Arbeitsmedium auf in ihren Volumina bestimmte Teilmengen verteilt und diese Teilmengen werden dann als solche weitergefördert. Das Meßverfahren besteht im wesentlichen in dem Zählen der Teilmengen bestimmten Volumens. Bei geeigneter Ausführungsform werden diese Vorrichtungen auch als Pumpen betrieben (im allgemeinen sind diese als Dosierpumpen kleinerer Leistung ausgebildet).Piston mechanisms of this type (so-called volume displacement machines) are known in countless variations. These machines can be operated either as pumps or as motors. A specific type of reciprocating mechanism has become known through the volume displacement flow meter or volume counter. By means of these devices, the working medium flowing through is distributed to partial quantities determined in their volumes, and these partial quantities are then conveyed as such. The measuring method consists essentially of counting the subsets of a certain volume. In a suitable embodiment, these devices are also operated as pumps (in general, they are designed as metering pumps of lower output).

Entsprechend der Betriebsart dieser Vorrichtungen (wie im allgemeinen bei den Kolbenmaschinen) erfolgt der Ein- bzw. Auslaß des hindurchströmenden Arbeitsmediums in den bzw. aus dem Zylinderraum dadurch, daß das Absperren und das Öffnen der Ein- und Auslaßöffnungen automatisch gesteuert durchgeführt werden. Hierzu ist eine Steuerung erforderlich, durch welche die Ein- und Auslaßöffnungen in den Totpunktlagen des Kolbens derart geöffnet und geschlossen werden, daß in der Betriebsart als Volumenzähler durch das einströmende Arbeitsmedium der Kolben in die jeweils entgegengesetzte Totpunktlage gedrückt wird und in der Betriebsart als Pumpe das durch den Kolben in den einen Arbeitsraum eingesaugte Arbeitsmedium ausgegeben und dabei die nächste Teilmenge des Arbeitsmediums in den anderen Arbeitsraum eingesaugt wird.Depending on the operating mode of these devices (as is generally the case with piston machines) Outlet of the working medium flowing through into and out of the cylinder space in that the blocking and the opening of the inlet and outlet openings are carried out automatically in a controlled manner. A control is required for this, through which the inlet and outlet openings in the dead center positions of the piston are opened and closed in such a way that, in the operating mode as a volume counter, the piston is pressed into the opposite dead center position by the inflowing working medium and in the operating mode as a pump that through the piston in the working medium sucked in and the next subset of the working medium is sucked into the other working space.

Bei bekannten Ausführungsformen werden zu diesem Zweck verschiedene Fühlinstrumente und Umschalter verwendet.In known embodiments, various sensing instruments and switches are used for this purpose.

Bekannt sind auch verschiedene elektronische Einrichtungen (z.B. HU-A-146 035), die jedoch Hilfsenergie benötigen. Wenn diese Hilfsenergie ausbleibt, wird durch diese Störung nicht nur das Meßverfahren unterbrochen sondern auch die Strömung des Arbeitsmediums. Dies ist jedoch in manchen Fällen unzulässig. Durch mechanische Vorrichtungen kann dieses Problem praktisch beseitigt werden. Wenn nämlich der Kolben in seine Totpunktlage geführt wird (mechanische Lagenbestimmung, Umschaltung) so wird dadurch ein Mechanismus betätigt, der mittelbar oder unmittelbar das Absperren bzw. Öffnen der Ein- und Auslaßöffnungen auslöst. Eine derartige Ausführungsform ist aus der HU-A-171 771 bekannt. Hierbei wird der Kolben aus der Totpunktlage mit Hilfe eines rederspeichers weiterbewegt.Various electronic devices (for example HU-A-146 035) are also known, but they require auxiliary energy. If this auxiliary energy fails to appear, this disturbance not only interrupts the measuring process but also the flow of the working medium. However, this is not permitted in some cases. This problem can be practically eliminated by mechanical devices. If the piston is moved to its dead center position (mechanical position determination, changeover), a mechanism is actuated which indirectly or directly shuts off or . Opening the inlet and outlet openings triggers. Such an embodiment is known from HU-A-171 771. Here, the piston is moved from the dead center position with the help of a speech memory.

Ein Nachteil dieses Mechanismus besteht darin, daß die für die impulsartiγ Funktion der Umschalter gespeicherte Energie aus der Druckenergie des abzumessenden Arbeitsmediums stammt, wodurch der für das Hindurchtreiben des Arbeitsmediums erforderliche Druck vergrößert wird.A disadvantage of this mechanism is that the energy stored for the impulsartiγ function of the switch comes from the pressure energy of the working medium to be measured, whereby the pressure required for driving the working medium is increased.

Ein weiterer Nachteil besteht in dem komplizierten Aufbau des Mechanismus und außerdem darin, daß die miteinander in Berührung kommenden Bestandteile des Umschalters einem intensiven Verschleiß ausgesetzt sind. Als weiterer Nachteil kann erwähnt werden, daß infolge der impulsartigen Betätigung des Schaltgliedes dessen Bewegungsperiode nicht derart gestaltet werden kann, daß eine gleichmäßige Teilmengenströmung während der Bewegungsperiode des Kolbens erzielt wird. Die Auflösungsfähigkeit wird daher durch die Hublänge bzw. das Hubvolumen des Kolbens begrenzt.Another disadvantage is the complicated structure of the mechanism and also that the components of the switch that come into contact with one another are exposed to intensive wear. A further disadvantage can be mentioned that, due to the pulsed actuation of the switching element, its movement period cannot be designed in such a way that a uniform partial flow is achieved during the movement period of the piston. The resolution capability is therefore limited by the stroke length b or the stroke volume of the piston.

Die Firma Fluidyne Instrumentation (Oakland, Kalifornien) hat eine Serie Durchflußmengenmesser entwickelt. Mit Hilfe der Serie 220 können die aufgezählten Nachteile teilweise eliminiert werden. Die Durchflußmengenmesser weisen vier um 90° gegeneinander versetzte Kolben auf, die paarweise betätigt werden. Die Kolben sind über Gelenke an eine in der Mitte angebrachte Kurbelwelle angeschlossen, von deren Umdrehungszahl der Mengenmeßwert abgeleitet wird.Fluidyne Instrumentation (Oakland, California) has developed a series of flow meters. With the 220 series, the disadvantages listed can be partially eliminated. The flow meters have four pistons offset by 90 °, which are operated in pairs. The pistons are connected via hinges to a crankshaft in the middle, from whose number of revolutions the quantity measured value is derived.

Bei dieser Konstruktion führen die Kolben bereits nicht nur die Positionsbestimmung sondern auch die Umschaltung durch, da in dem die Kolbenzylinder umgebenden Körper Räume ausgebildet sind, wodurch der innere Raum eines beliebigen Kolbens (in einer seiner Totpunktlagen) mit dem äußeren Raum des nach der Drehrichtung nächstfolgenden Kolbens, und der äußere Raum des nach der Drehrichtung vorhergehenden Kolbens mit der Auslaßöffnung mittels einer an dem Mantel des vierten Kolbens vorgesehenen Nut verbunden werden. Die vier Kolben weisen einen gemeinsamen inneren Raum auf, in welchen das abzumessende Arbeitsmedium eintritt.With this construction, the pistons not only carry out the position determination but also the switchover, since spaces are formed in the body surrounding the piston cylinders, as a result of which the inner space of any piston (in one of its dead center positions) with the outer space of the one following in the direction of rotation Piston, and the outer space of the piston preceding the direction of rotation are connected to the outlet opening by means of a groove provided on the jacket of the fourth piston. The four pistons have a common inner space into which the working medium to be measured enters.

Durch diesen Kolbenmechanismus werden zwar die erwähnten Probleme der früheren Konstruktionen mit mechanischer Umschaltung beseitigt. Jedoch ist sein Aufbau sehr kompliziert und erfordert eine sehr genaue Bearbeitung. Die die Kolben mit der Kurbelwelle verbindenden Gelenkarme müssen an beiden Enden mit Rollenlagern versehen werden und außerdem muß im Gehäuse ein zusammengesetztes Hohlraumsystem ausgebildet werden. Ein weiterer Nachteil dieser Konstruktion liegt darin, daß sie zumindestens drei Kolben, wenn sie als Durchflußmengenmesser betrieben wird, bzw. zwei Kolben aufweisen muß, wenn sie als Pumpe betrieben wird. Um einen gleichmäßigen Gang zu erreichen, sind am besten drei oder mehr Kolben erforderlich.This piston mechanism eliminates the aforementioned problems of previous mechanical switch designs. However, its structure is very complicated and requires very precise processing. The articulated arms connecting the pistons to the crankshaft must be provided with roller bearings at both ends and a composite cavity system must also be formed in the housing. Another disadvantage of this construction is that it must have at least three pistons if it is operated as a flow meter, or two pistons if it is operated as a pump. It is best to have three or more pistons to achieve a smooth gear.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, die erwähnten Nachteile zu beheben und einen Hubkolbenmechanismus mit den eingangs erwähnten Merkmalen so auszubilden, daß bei einfachem, verschleißarmen Aufbau ein zuverlässiger Betrieb insbesondere bei seinem Einsatz als Volumenzähler erzielbar ist.The object of the invention is to solve the disadvantages mentioned and to design a piston mechanism with the features mentioned at the outset such that reliable operation can be achieved with a simple, low-wear construction, in particular when it is used as a volume meter.

Zu diesem Zweck ist durch die Erfindung ein Hubkolbenmechanismus geschaffen, der mit einem einzigen Kolben als Pumpe und mit zwei Kolben als Volumenzähler bei annähernd gleichmäßigem Strömungsdurchsatz verwendbar ist. Der erfindungsgemäße Hubkolbenmechanismus behält die Vorteile der bekannten Konstruktionen ohne Umschalter und ohne einen die Kolbenlage bestimmenden Mechanismus. Es ist kein spezieller Kurbelmechanismus und kein spezielles Verbindungsraumsystem im Gehäuse erforderlich. Die Einrichtung ist einfach aufgebaut und kann einfach hergestellt und montiert werden. Der erfindungsgemäße Hubkolbenmechanismus ist äußerst betriebssicher. Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß dann, wenn der Kolben während seiner axialen Hin- und Herbewegung auch um seine eigene Achse hin- und hergedreht wird, mit Hilfe von am Kolbenumfang ausgearbeiteten Kanälen sowohl die Lagebestimmung wie auch die Umschaltung zustande gebracht werden können. Zu diesem Zweck ist der Antriebsmechanismus für den Kolben derart gestaltet, daß jeder Punkt der Kolbenumfangsfläche während der axialen Hin- und Herbewegung zwischen den beiden Totpunktlagen sich in einer geschlossenen, in sich zurückkehrenden Bahn bewegt, wobei durch die Kanäle in bestimmten Axiallagen bzw. Winkellagen des Kolbens entsprechende Verbindungen von den Arbeitsräumen zu der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung geschaffen bzw. dieselben unterbrochen werden können.For this purpose, a reciprocating piston mechanism is created by the invention, which can be used with a single piston as a pump and with two pistons as a volume counter with an approximately uniform flow rate. The reciprocating piston mechanism according to the invention retains the advantages of the known constructions without a changeover switch and without a mechanism determining the piston position. No special crank mechanism and no special connection space system in the housing is required. The device is simply constructed and can be easily manufactured and assembled. The reciprocating piston mechanism according to the invention is extremely reliable. According to the invention, it was recognized that if the piston is rotated back and forth around its own axis during its axial back and forth movement, both the position determination and the switchover can be brought about with the aid of channels worked out on the piston circumference. For this purpose, the drive mechanism for the piston is designed such that each point of the piston peripheral surface during the axial reciprocating movement between the two dead center positions is in a closed, returning path Moves, whereby through the channels in certain axial positions or angular positions of the piston corresponding connections from the work spaces to the inlet opening and the outlet opening can be created or the same can be interrupted.

Der erfindungsgemäße Hubkolbenmechanismus weist somit zumindest einen Kolben in dem Zylinderraum eines Zylindergehäuses auf. An dem Zylinderraum sind eine oder mehrere Ein-und Auslaßöffnungen ausgebildet. Die Länge des Kolbens ist auf den Kolbenhub derart abgestimmt, daß die beiden Totpunktlagen des Kolbens einander überlappen, d.i. daß der Kolbenhub kleiner als die Kolbenlänge ist. Erfindungsgemäß sind die Auslaßöffnung und die Einlaßöffnung am Umfang des Zylinderraumes dort ausgebildet, wo sie in jeder Kolbenlage von dem Kolben überdeckt sind. Der Kolben weist wenigstens zwei mit jeweils einem der Arbeitsräume stirnseitig des Kolbens verbundene Kanäle auf, die am Kolbenumfang gegeneinander versetzt münden und in den Totpunktlagen des Kolbens von dem Zylindergehäuse gegen die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung abgesperrt sind. Der Kolben ist mittels eines Steuermechanismus während des Kolbenhubs derart hin- und herverdrehbar, daß in den Kolbenlagen zwischen den Totpunktlagen der eine Kanal mit der Einlaßöffnung und der andere Kanal mit der Auslaßöffnung verbunden ist.The reciprocating piston mechanism according to the invention thus has at least one piston in the cylinder space of a cylinder housing. One or more inlet and outlet openings are formed on the cylinder space. The length of the piston is matched to the piston stroke in such a way that the two dead center positions of the piston overlap one another, i.e. that the piston stroke is smaller than the piston length. According to the invention, the outlet opening and the inlet opening are formed on the circumference of the cylinder space where they are covered by the piston in each piston position. The piston has at least two channels, each connected to one of the working spaces on the end face of the piston, which open out in relation to one another on the circumference of the piston and are blocked off from the cylinder housing against the inlet opening and the outlet opening in the dead center positions of the piston. The piston can be rotated back and forth by means of a control mechanism during the piston stroke in such a way that in the piston positions between the dead center positions, one channel is connected to the inlet opening and the other channel is connected to the outlet opening.

Vorzugsweise weist der Kolben vier Kanäle auf, die in seinen Totpunktlagen paarweise beidseitig der Einlaßöffnung bzw. der Auslaßöffnung angeordnet sind. Hierbei ist von den Kanälen jedes Kanalpaares der eine mit dem einen Arbeitsraum und der andere mit dem anderen Arbeitsraum verbunden.The piston preferably has four channels, which are arranged in pairs in their dead center positions on both sides of the inlet opening and the outlet opening. Here, one of the channels of each pair of channels is connected to one work area and the other to the other work area.

Wenngleich die Kanäle als Bohrungen ausgebildet sein können, die einerseits an der betreffenden Stirnseite des Kolbens, und andererseits an seiner Umfangsfläche münden, wird es in Weiterbildung der Erfindung vorgezogen, die Kanäle als axiale Nuten an der Kolbenumfangsfläche auszubilden, wobei das eine Nutende geschlossen ist. Die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung liegen vorzugsweise diametral zum Kolben und in der Axialmitte des Zylinderraumes einander gegenüber. Da in der bevorzugten Lösung jeder dieser Öffnungen zwei Kanäle zugeordnet sind, die in den Totpunktlagen des Kolbens beidseitig der Einlaßöffnung bzw. Auslaßöffnung so angeordnet sind, daß sie mit dieser Öffnung nicht in Verbindung stehen, ist der entlang des Kolbenumfangs gemessene Abstand der beiden Kanäle des jeder der Öffnungen zugeordneten Kanalpaars größer als die entlang des Kolbenumfangs gemessene Abmessung der zugeordneten Öffnung. Vorzugsweise sind die am Kolbenumfang gemessenen Abstände der Kanäle zumindestens paarweise gleich.Although the channels can be designed as bores, which open on the one hand on the relevant end face of the piston and on the other hand on its peripheral surface, it is preferred in a development of the invention to design the channels as axial grooves on the piston peripheral surface, the one end of the groove being closed. The A the inlet opening and the outlet opening are preferably diametrically opposite the piston and in the axial center of the cylinder space opposite one another. Since in the preferred solution each of these openings is assigned two channels, which are arranged in the dead center positions of the piston on both sides of the inlet opening or outlet opening so that they are not connected to this opening, the distance of the two channels measured along the circumference of the piston is the each channel pair associated with the openings is larger than the dimension of the associated opening measured along the circumference of the piston. The distances between the channels measured on the piston circumference are preferably the same at least in pairs.

Der Steuermechanismus, von welchem die Kolbenverdrehungen gesteuert werden, weist bevorzugt ein Antriebsrad auf, in dem ein Sitz in Form einer Bohrung für einen radial zum Kolben an dessen Umfangsfläche abstehenden Zapfen ausgebildet ist, wobei das Antriebsrad tangential zum Kolbenumfang verläuft. Da hierbei der Zapfen gegenüber der Bohrung während der Drehantriebsbewegung schräggestellt wird, ist der Durchmesser der Bohrung entsprechend größer als der Durchmesser des Zapfens.The control mechanism by which the piston rotations are controlled preferably has a drive wheel in which a seat is formed in the form of a bore for a pin projecting radially from the piston on its circumferential surface, the drive wheel running tangentially to the piston circumference. Since the pin is inclined relative to the bore during the rotary drive movement, the diameter of the bore is correspondingly larger than the diameter of the pin.

Wenn in weiter bevorzugter Lösung ein zweiter Kolben in einem gesonderten Zylinderraum angeordnet ist, der parallel zu dem ersten Zylinderraum verläuft, sind für die Betriebsart als Volumenzähler die Kolben mittels des Steuermechanismus sowohl hinsichtlich ihrer Hubbewegung als auch hinsichtlich ihrer Drehbewegung phasenverschoben gesteuert, wobei ihre Einlaßöffnungen einerseits und ihre Auslaßöffnungen andererseits miteinander in Verbindung stehen, so daß der Durchsatz des durch die Vorrichtung hindurchströmenden Arbeitsmediums am Auslaß der Vorrichtung geglättet wird und daher die Strömung des Arbeitsmediums durch den Hubkolbenmechanismus möglichst wenig gestört wird. Dies läßt sich weiter verfeinern, wenn ein dritter oder vierter Kolben vorgesehen sind und sämtliche Kolben des Hubkolbenmechanismus sowohl hinsichtlich ihrer Drehbewegung als auch hinsichtlich ihrer Hubbewegung phasenverschoben gesteuert sind. Hierzu sind die Antriebsräder der Kolben als miteinander kämmende Zahnräder ausgebildet.If, in a more preferred solution, a second piston is arranged in a separate cylinder space, which runs parallel to the first cylinder space, the pistons are controlled for the operating mode as a volume counter by means of the control mechanism, both in terms of their stroke movement and in terms of their rotational movement, with their inlet openings on the one hand and their outlet openings on the other hand communicate with each other so that the throughput of the working medium flowing through the device is smoothed at the outlet of the device and therefore the flow of the working medium through the piston mechanism is disturbed as little as possible. This can be further refined if a third or fourth piston and all pistons are provided of the reciprocating piston mechanism are controlled out of phase with respect to both their rotary movement and their stroke movement. For this purpose, the drive wheels of the pistons are designed as meshing gears.

Die Erfindung wir anhand der Zeichnung erläutert, aus welcher ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hubkolbenmechanismus ersichtlich ist. In der Zeichnung zeigt:

  • Fig. la den Hubkolbenmechanismus schematisch im Längsschnitt, wobei sich der einzige Kolben in seiner einen Totpunktlage befindet,
  • Fig. lb den Hubkolbenmechanismus im Querschnitt entlang der Schnittlinie B-B aus Fig. la,
  • Fig. 2a den Längsschnitt, wobei sich der Kolben in seiner Mittellage befindet,
  • Fig. 2b den Schnitt entlang der Schnittlinie B-B aus Fig. 2a,
  • Fig. 3a den Längsschnitt mit dem Kolben in dessen anderen Totpunktlage,
  • Fig. 3b den Schnitt entlang der Schnittlinie B-B aus Fig. 3a,
  • Fig. 4a den Längsschnitt mit dem Kolben in dessen Mittellage auf seinem Rückweg in die erste Totpunktlage,
  • Fig. 4b den Schnitt entlang der Schnittlinie B-B aus Fig. 4a,
  • Fig. 5 ein Diagramm, welches den Durchsatz des Arbeitsmediums in Abhängigkeit von der Drehlage des Kolbens darstellt,
  • Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Kolben im Querschnitt entsprechend der Schnittlinie VI-VI aus Fig. 7,
  • Fig. 7 den Längsschnitt des Hubkolbenmechanismus aus Fig. 6 entlang der Schnittlinie VII-VII,
  • Fig. 8 den Längsschnitt des Hubkolbenmechanismus aus Fig. 6 entlang der Schnittlinie VIII-VIII und
  • Fig. 9 den Längsschnitt des Hubkolbenmechanismus aus Fig. 6 entlang der Schnittlinie IX-IX.
The invention is explained with reference to the drawing, from which a preferred embodiment of the reciprocating piston mechanism according to the invention can be seen. The drawing shows:
  • La schematically shows the reciprocating piston mechanism in longitudinal section, the only piston being in its one dead center position,
  • Lb the reciprocating piston mechanism in cross section along the section line BB from Fig. La,
  • 2a shows the longitudinal section, the piston being in its central position,
  • 2b shows the section along the section line BB from Fig. 2a,
  • 3a shows the longitudinal section with the piston in its other dead center position,
  • 3b shows the section along the section line BB from Fig. 3a,
  • 4a shows the longitudinal section with the piston in its central position on its way back to the first dead center position,
  • 4b shows the section along the section line BB from FIG. 4a,
  • Fig. 5 is a diagram showing the throughput of the work medium depending on the rotational position of the piston,
  • 6 shows an embodiment with two pistons in cross section corresponding to section line VI-VI from FIG. 7,
  • 7 shows the longitudinal section of the reciprocating piston mechanism from FIG. 6 along the section line VII-VII,
  • Fig. 8 shows the longitudinal section of the reciprocating piston mechanism of Fig. 6 along the section line VIII-VIII and
  • FIG. 9 shows the longitudinal section of the reciprocating piston mechanism from FIG. 6 along the section line IX-IX.

Aus den Fig. 1-4 ist der erfindungsgemäße Hubkolbenmechanismus schematisch ersichtlich, wobei die ausgezeichneten Kolbenlagen während eines Arbeitsspiels des Mechanismus dargestellt sind.The reciprocating piston mechanism according to the invention can be seen schematically from FIGS. 1-4, the excellent piston positions being shown during one working cycle of the mechanism.

Der Hubkolbenmechanismus weist ein Zylindergehäuse H auf, in dessen Zylinderraum ein Kolben D geführt ist, durch welchen der Zylinderraum in zwei Arbeitsräume V1 und V2 unterteilt ist, die an den beiden Stirnseiten des Kolbens D ausgebildet sind. Die Länge des Kolbens ist größer als der Kolbenhub, so daß die beiden Totpunktlagen, die aus den Fig. la und 3a ersichtlich sind, einander in der Axialmitte des Zylinderraumes überlappen. Innerhalb dieses Überlappungsbereiches sind in der Axialmitte des Zylinderraumes eine Einlaßöffnung b und eine Auslaßöffnung k ausgebildet, die einander diametral zum Kolben D gegenüberliegen, so daß sie in jeder Kolbenlage von der Umfangsfläche des Kolbens überdeckt sind.The reciprocating piston mechanism has a cylinder housing H, in the cylinder space of which a piston D is guided, through which the cylinder space is divided into two working spaces V1 and V2, which are formed on the two end faces of the piston D. The length of the piston is greater than the piston stroke, so that the two dead center positions, which can be seen from FIGS. 1a and 3a, overlap one another in the axial center of the cylinder space. Within this overlap area, an inlet opening b and an outlet opening k are formed in the axial center of the cylinder space, which are diametrically opposite to the piston D, so that they are covered by the peripheral surface of the piston in each piston position.

lr der Umfagsfläche des Kolbens D sind vier als Axialnuten ausgebildete Kanäle bl, b2 und kl, k2 ausgearbeitet, von denen die Kanäle bl und b2 der Einlaßöffnung b, und die Kanäle kl, k2 der Auslaßöffnung k zugeordnet sind. Die jeder der Öffnungen b, k zugeordneten beiden Kanäle bl, b2 bzw. kl, k2 münden an einander entgegengesetzten Stirnseiten des Kolbens D in den Arbeitsraum V1 bzw. V2, wohingegen ihr anderes Nutende geschlossen ist. Ferner münden die einander diametral zum Kolben gegenüberliegenden Kanäle bl, k2 bzw. b2, kl ebenfalls an unterschiedlichen Stirnseiten des Kolbens D derart, daß bei den Kolbenbewegungen zwischen dessen Totpunktlagen stets derjenige der Arbeitsräume V1, V2, dessen Volumen sich soeben vergrößert, über einen der Kanäle bl, b2 mit der Einlaßöffnung b, und derjenige der Arbeitsräume V1, V2, dessen Volumen sich soeben verkleinert, über einen der Kanäle kl, k2 mit der Auslaßöffnung k verbunden werden.On the circumferential surface of the piston D, four channels bl, b2 and kl, k2 designed as axial grooves are worked out, of which the channels bl and b2 of the inlet opening b, and the channels kl, k2 are assigned to the outlet opening k. The two channels bl, b2 and kl, k2 assigned to each of the openings b, k open at opposite end faces of the piston D into the working space V1 or V2, whereas their other groove end is closed. Furthermore, the channels bl, k2 and b2, kl opposite each other diametrically to the piston also open at different end faces of the piston D in such a way that when the piston moves between its dead center positions, that of the working spaces V1, V2, the volume of which has just increased, via one of the Channels bl, b2 with the inlet opening b, and that of the working spaces V1, V2, the volume of which has just been reduced, are connected to the outlet opening k via one of the channels kl, k2.

Die Kanäle bl, b2 bzw. kl, k2 sind entlang des Kolbenumfangs in gleichen Winkelabständen voneinander versetzt angeordnet. Der am Kolbenumfang gemessene Abstand der beiden jeder der Öffnungen b, k zugeordneten Kanäle bl, b2 bzw. kl, k2 voneinander ist größer als die am Kolbenumfang gemessene Abmessung der Öffnungen b, k, so daß in den beiden lotpunktlagen des Kolbens (fig. 1b und 3b) die Kanäle bl, b2 beidseitig der Einlaßöffnung b, und die Kanäle k1, k2 beidseitig der Auslaßinf fnung k angeordnet sind und die Öffnung b, k zwischen ihnen von der Umfangsfläche des Kolbens D vollständig abgesperrt ist. Die Länge der Kanäle bl, b2 und kl, k2 ist jeweils derart gewählt, daß die Kanäle in jeder Kolbenlage sich mit wenigstens einem leil der Öffnungen b, k axial überlappen.The channels bl, b2 and kl, k2 are arranged offset from one another along the circumference of the piston at equal angular intervals. The distance measured on the piston circumference of the two channels bl, b2 and kl, k2 assigned to each of the openings b, k is greater than the dimension of the openings b, k measured on the piston circumference, so that in the two perpendicular positions of the piston (FIG and 3b) the channels bl, b2 are arranged on both sides of the inlet opening b, and the channels k1, k2 are arranged on both sides of the outlet opening k and the opening b, k between them is completely blocked off by the circumferential surface of the piston D. The length of the channels b1, b2 and k1, k2 is chosen such that the channels in each piston position overlap axially with at least one part of the openings b, k.

Der Kolben D wird durch einen Antriebsmechanismus gesteuert, so daß er in der Betriebsart als Pumpe arbeitet. Dabei führt der Kolben D außer seiner hin- und hergehenden Hubbewegung eine hin- und hergehende Drehbewegung um seine Kolbenachse aus und zwar derart , daß die Punkte A, die auf derjenigen Mantellinie der Kolbens liegen, die in der Mitte zwischen den Kanälen b1, b2 bzw. k1, k2 verläuft, durch die Überlagerung der Hubbewegung und der Drehbewegung des Kolbens eine in sich geschlossene Bahn beschreiben, die in der Projektion auf die diese Mantellinie enthaltende Tangentialebene des Kolbens eine Kreisbahn p ist. Jeder axialen Lage des Kolbens D ist daher eine genau bestimmte Winkellage des Kolbens zugeordnet. Wenn beispielsweise davon ausgegangen wird, daß in der einen Totpunktlage des Kolbens D gemäß Fig. la dessen Winkellage ϕ = 0 ist, kann man mit Hilfe des Winkels ϕ die Lage des Punktes A auf der Kreisbahn während der Kolbenbewegungen beschreiben. In Fig. 5 ist der Durchsatz der den Hubkolbenmechanismus durchströmenden Arbeitsflüssigkeit über dieser Winkellage ϕ mit der durchgezogenen Linie dargestellt.The piston D is controlled by a drive mechanism so that it operates in the pump mode. In addition to its reciprocating stroke movement, the piston D executes a reciprocating rotary movement about its piston axis in such a way that the points A, which lie on that surface line of the piston, lie in the middle between the channels b1, b2 and . k1, k2 runs, describe a self-contained path by the superimposition of the stroke movement and the rotary movement of the piston, which is a circular path p when projected onto the tangential plane of the piston containing this surface line. Each axial position of the piston D is therefore assigned a precisely determined angular position of the piston. If, for example, it is assumed that the one dead center position of the piston D according to FIG. 1 a is its angular position ϕ = 0, one can use the angle ϕ to describe the position of the point A on the circular path during the piston movements. 5 shows the throughput of the working fluid flowing through the reciprocating piston mechanism above this angular position ϕ with the solid line.

In der Kolbenlage nach Fig. la mit ϕ = 0 besteht zwischen den Kanälen kl, k2 bzw. bl, b2 und der Auslaßöffnung k bzw. der Einlaßöffnung b, und damit zwischen diesen und den Arbeitsräumen V1, V2 keine Verbindung, so daß der Durchsatz Null ist. In der Kolbenlage nach Fig. 2a, wo sich der Kolben in der Mittellage zwischen seinen lotpunktlagen befindet und ϕ = 90° ist, nachdem der Kolben um 45° nach links verdreht wurde, ist die Einlaßöffnung b über den Kanal bl mit dem Arbeitsraum V1 verbunden, wohingegen die Auslaßöffnung k über den Kanal k2 mit dem Arbeitsraum V2 verbunden ist und der Strömungsdurchsatz ein Maximum erreicht. Die Arbeitsflüssigkeit verläßt durch den Kanal k2 und die Auslaßöffnung k den Arbeitsraum V2, während sie in den Arbeitsraum V1 durch die Einlaßöffnung b und durch den Kanal bl einströmt.In the piston position according to FIG. 1 a with ϕ = 0, there is no connection between the channels kl, k2 or bl, b2 and the outlet opening k or the inlet opening b, and thus between these and the working spaces V1, V2, so that the throughput Is zero. In the piston position according to FIG. 2a, where the piston is in the middle position between its plumb point positions and ϕ = 90 ° after the piston has been rotated 45 ° to the left, the inlet opening b is connected to the working space V1 via the channel bl , whereas the outlet opening k is connected to the working space V2 via the channel k2 and the flow rate reaches a maximum. The working fluid leaves the working space V2 through the channel k2 and the outlet opening k, while flowing into the working space V1 through the inlet opening b and through the channel bl.

In der Lage nach Fig. 3a ist ϕ = 180°, wobei sich der Kolben D in seiner anderen Totpunktlage befindet, bei der die Verbindung zwischen den Kanälen bl, b2 bzw. k1, k2 mit der Einlaßöffnung bzw. der Auslaßöffnung unterbrochen ist, nachdem der Kolben D aus der Drehlage nach fig. 2h um 45° in die Ausgangsdrehlage zurückgekehrt ist. In dieser Kolbenlage ist der Strömungsdurchsatz wieder Null. Danach wird der Kolben D in die andere Drehrichtung verdreht, bis er nach einer Verdrehung um 45° die Drehlage nach Fig. 4b erreicht, in welcher ϕ = 270° ist und sich der Kolben entsprechend Fig. 4a wieder in seine Axialmittellage befindet. Hierbei ist der Arbeitsraum über den Kanal kl mit der Auslaßöffnung k verbunden, während der Arbeitsraum V2 über den Kanal b2 mit der Einlaßöffnung b verbunden ist und der Strömungsdurchsatz der Arbeitsflüssigkeit wieder ein Maximum erreicht. Danach kehrt der Kolben in seine erste Totpunktlage nach Fig. la zurück, so daß sich bis dahin der Punkt A um 90° entlang der Kreisbahn p wieder in seine Ausgangslage bewegt.3a is ϕ = 180 °, the piston D being in its other dead center position, in which the connection between the channels bl, b2 or k1, k2 with the inlet opening or the outlet opening is interrupted after the piston D from the rotational position according to fig. 2h has returned to the starting rotational position by 45 °. The flow rate is zero again in this piston position. After that the piston D is rotated in the other direction of rotation until after a rotation of 45 ° it reaches the rotational position according to FIG. 4b, in which ϕ = 270 ° and the piston is again in its axial central position according to FIG. 4a. Here, the working space is connected to the outlet opening k via the channel kl, while the working space V2 is connected to the inlet opening b via the channel b2 and the flow rate of the working fluid again reaches a maximum. The piston then returns to its first dead center position according to FIG. 1 a, so that point A then moves back through 90 ° along the circular path p to its starting position.

Der Strömungsdurchsatz schwankt daher entsprechend der ausgezogenen Linie in Fig. 5 während der Bewegung des Kolbens zwischen seinen Totpunktlagen zwischen Null und einem Maximum. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Hubkolbenmechanismus als Volumenzähler werden daher bevorzugt zwei oder mehr Kolben verwendet, deren Steuerbewegungen sowohl hinsichtlich ihrer Verdrehlagen als auch hinsichtlich ihrer Axiallagen phasenverschoben sind. Aus Fig. 5 ist mit gestrichelter Linie der Strömungsdurchsatz v über der Winkellage ϕ des Punktes A des zweiten Kolbens aufgetragen. Sind daher die Einlaßöffnungen b der beiden Zylinderräume einerseits und die Auslaßöffnungen k der beiden Zylinderräume andererseits miteinander verbunden, so vergleichmäßigt sich der Strömungsdurchsatz der Arbeitsflüssigkeit entsprechend der strichpunktierten Linie in Fig. 5, die den resultierenden Durchsatz darstellt.The flow rate therefore varies according to the solid line in FIG. 5 during the movement of the piston between its dead center positions between zero and a maximum. When using the reciprocating piston mechanism according to the invention as a volume counter, two or more pistons are therefore preferably used, the control movements of which are phase-shifted both with regard to their rotational positions and with regard to their axial positions. From Fig. 5, the flow rate v is plotted over the angular position ϕ of the point A of the second piston with a dashed line. Therefore, if the inlet openings b of the two cylinder spaces on the one hand and the outlet openings k of the two cylinder spaces on the other hand are connected to one another, then the flow throughput of the working fluid is equalized according to the dash-dotted line in FIG. 5, which represents the resulting throughput.

Aus den Fig. 6-9 ist ein Ausführungsbeispiel für einen derartigen Hubkolbenmechanismus mit zwei phasenverschoben gesteuerten Kolben ersichtlich. Die Achsen der beiden Kolben 2, 3 verlaufen parallel und sind innerhalb des ihnen gemeinsamen Zylindergehäuses 1 in gesonderten Zylinderräumen 20, 21 geführt. Die Kolben 2, 3 sind entsprechend der Konstruktion nach den Fig. 1-4 mit den Auslaßkanälen kll, k21, k22, kl2 und mit den Einlaßkanälen bll, b21, b22, b12 versehen. Im Zylindergehäuse 1 sind unterhalb der Kolben 2, 3 die Einlaßöffnungen 22 und 23 ausgebildet, die an einen ihnen gemeinsamen Einlaßkanal 19 angeschlossen sind, wohingegen die oberhalb der Kolben 2, 3 in dem Zylindergehäuse 1 ausgebildeten Auslaßöffnungen 26, 27 an einen ihnen gemeinsamen Auslaßkanal 28 angeschlossen sind.An exemplary embodiment of such a reciprocating piston mechanism with two pistons which are shifted in phase can be seen from FIGS. 6-9. The axes of the two pistons 2, 3 run parallel and are guided in separate cylinder spaces 20, 21 within their common cylinder housing 1. The pistons 2, 3 are in accordance with the construction of FIGS. 1-4 with the outlet channels kll, k21, k22, kl2 and provided with the inlet channels bll, b21, b22, b12. In the cylinder housing 1, the inlet openings 22 and 23 are formed below the pistons 2, 3, which are connected to an inlet channel 19 common to them, whereas the outlet openings 26, 27 formed above the pistons 2, 3 in the cylinder housing 1 to an outlet channel 28 common to them are connected.

Die Zylinderräume 20, 21 werden durch die Kolben 2, 3 in die Arbeitsräume Vll, V21 bzw. V12, V22 unterteilt. Die Kolben 2, 3 sind bezüglich der Winkellagen ϕ der Kolbenpunkte Al, A2 um 90° phasenverschoben gesteuert. Wenn sich daher der Kolben 2 in seiner axial mittleren Lage befindet, so befindet sich der zweite Kolben 3 in einer seiner axialen Endlagen (vgl. Fig. 7). Die beiden Kolbenpunkte Al, A2 beschreiben während der Kolbenbewegung eine in sich geschlossene Bahn, die in der senkrechten Projektion auf die die beiden Kolbenachsen enthaltende Schnittebene VII-VII aus Fig. 6 identische Kreisbahnen pl und p2 sind.The cylinder spaces 20, 21 are divided by the pistons 2, 3 into the working spaces Vll, V21 and V12, V22. The pistons 2, 3 are controlled out of phase with respect to the angular positions ϕ of the piston points A1, A2. Therefore, when the piston 2 is in its axially central position, the second piston 3 is in one of its axial end positions (cf. FIG. 7). The two piston points A1, A2 describe a self-contained path during the piston movement, which are identical circular paths p1 and p2 in the vertical projection onto the cutting plane VII-VII from FIG. 6 containing the two piston axes.

Der Steuermechanismus für die Kolben 2, 3 besteht aus zwei miteinander kämmenden Zahnrädern 9, 10, die an der Austrittsseite des Zylindergehäuses 1 derart angeordnet sind, daß ihre Achse die Achse des zugeordneten Kolbens 2, 3 senkrecht schneidet. Die Kolben 2, 3 weisen jeweils auf der Kolbenmantellinie, die in der Mitte zwischen den Kolbenkanälen kll, k21 bzw. k22, k2 verläuft, einen radial zum Kolben vorstehenden Zapfen 4, 5 auf, der in einen Sitz 24, 25 in Form einer Bohrung eingreift, die in einer Steuerscheibe 7, 8 an der Unterseite der Antriebsräder 9, 10 parallel zu deren Achsen ausgebildet ist. Der Bohrungsdurchmesser ist entsprechend des größten Winkels, den die Zapfenachse mit den Achsen der Antriebsräder 9, 10 einschließt (vgl. Zapfen 4 in der linken Hälfte der Fig. 6) großer als der Zapfendurchmesser. Die Sitze 24, 25 sind jeweils exzentrisch zu der Achse der Antriebsräder 9, 10 angeordnet und en sprerhend der Phasenverschiebung von 90u gegeneinander versetzt.The control mechanism for the pistons 2, 3 consists of two meshing gears 9, 10, which are arranged on the outlet side of the cylinder housing 1 such that their axis intersects the axis of the associated piston 2, 3 perpendicularly. The pistons 2, 3 each have, on the piston surface line, which runs in the middle between the piston channels kll, k21 and k22, k2, a pin 4, 5 projecting radially to the piston, which in a seat 24, 25 in the form of a bore engages, which is formed in a control disc 7, 8 on the underside of the drive wheels 9, 10 parallel to the axes thereof. The bore diameter is larger than the pin diameter in accordance with the largest angle that the pin axis includes with the axes of the drive wheels 9, 10 (see pin 4 in the left half of FIG. 6). The seats 24, 25 are each eccentric to the axis of the drive wheels 9, 10 arranged and offset from each other in accordance with the phase shift of 90 u .

Die Welle 12 des einen Antriebsrades 10 ist über ein Kugellager 14 aus dem Zylindergehäusedeckel herausgeführt und trägt einen unter dem Deckel 11 angeordneten Magneten 13, der in der Betriebsart des Hubkolbenmechanismus als Volumenzähler als Drehzahlzähler dient. Die Welle 16 des zweiten Antriebsrades 9 ist als Antriebswelle in dem Kugellager 18 gelagert und aus dem Zylindergehäusedeckel mittels der Dichtung 17 abgedichtet herausgeführt. Während in der Betriebsart des Hubkolbenmechanismus als Volumenzähler die Kolben von dem Druck des strömenden Arbeitsmediums angetrieben werden, erfolgt ihr Antrieb in der Betriebsart als Pumpe über die Antriebswelle 16, die auch in der Betriebsart des Hubkolbenmechanismus als Motor, der von dem strömenden Medium angetrieben wird, als Abtriebswelle dienen kann. Die phasenverschobene Anordnung der Kolben 2, 3 trägt in den Betriebsarten des Hubkolbenmechanismus, in welchem seine Kolben von dem strömenden Medium angetrieben werden, zur Überwindung der lot punktlagen der Kolben bei. Die Betriebsweise des Hubkolbenmechanismus aus den Fig. 6-9 entspricht derjenigen, die anhand der Fig. 1-4 erläutert wurde.The shaft 12 of the one drive wheel 10 is guided out of the cylinder housing cover via a ball bearing 14 and carries a magnet 13 arranged under the cover 11, which serves as a volume counter as a speed counter in the operating mode of the piston mechanism. The shaft 16 of the second drive wheel 9 is mounted as a drive shaft in the ball bearing 18 and is guided out of the cylinder housing cover in a sealed manner by means of the seal 17. While in the operating mode of the piston mechanism as a volume counter the pistons are driven by the pressure of the flowing working medium, they are driven in the operating mode as a pump via the drive shaft 16, which also in the operating mode of the piston mechanism as a motor which is driven by the flowing medium, can serve as an output shaft. The phase-shifted arrangement of the pistons 2, 3 contributes to overcoming the perpendicular positions of the pistons in the operating modes of the reciprocating piston mechanism, in which its pistons are driven by the flowing medium. The operation of the reciprocating piston mechanism from FIGS. 6-9 corresponds to that which was explained with reference to FIGS. 1-4.

Claims (8)

1. Hubkolbenmechanismus, der als Motor, Pumpe oder insbesondere Volumenzähler verwendbar ist, mit einem Zylindergehäuse (H), in dessen Zylinderraum ein Kolben (D) hin- und herverschiebbar ist, von welchem der Zylinderraum in zwei stirnseitig des Kolbens ausgebildeter Arbeitsräume (VI, V2) unterteilt ist, dessen beiden Totpunktlagen einander überlappen, und mit einer absperrbaren Einlaßöffnung (b) und einer absperrbaren Auslaßöffnung (k), die in den Zylinderraum münden und jeweils abwechselnd mit dem einen Arbeitsraum (VI) und dem anderen Arbeitsraum (V2) verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (b) und die Auslaßöffnung (k) am Umfang des Zylinderraumes an solchen Stellen angeordnet sind, an welchen sie in jeder Kolbenlage von dem Kolben (D) überdeckt sind, daß der Kolben (D) wenigstens zwei mit jeweils einem der Arbeitsräume (V1, V2) verbundene Kanäle (bl, b2, kl, k2) aufweist, die am kolbenumfang gegeneinander versetzt münden und in den Totpunktlagen des Kolbens (D) von dem Zylindergehäuse (H) gegen die Einlaßöffnung (b) und die Auslaßöffnung (k) abgesperrt sind, und daß der Kolben (D) mittels eines Steuermechanismus (6) während des Kolbenhubes derart hin- und herverdrebar ist, daß in den Kolbenlagen zwischen den Totpunktlagen der eine Kanal (bl, b2) mit der Einlaßöffnung (h) und der andere Kanal (kl, k2) mit der Auslaßöffnung (k) verbunden ist.1. reciprocating piston mechanism, which can be used as a motor, pump or in particular a volume meter, with a cylinder housing (H), in the cylinder space of which a piston (D) can be pushed back and forth, from which the cylinder space can be moved into two working spaces (VI, VI, V2) is divided, the two dead center positions overlap each other, and with a lockable inlet opening (b) and a lockable outlet opening (k), which open into the cylinder space and can be connected alternately to one work space (VI) and the other work space (V2) are characterized in that the inlet opening (b) and the outlet opening (k) are arranged on the circumference of the cylinder space at those locations at which they are covered by the piston (D) in each piston position such that the piston (D) has at least two each with one of the working spaces (V1, V2) connected channels (bl, b2, kl, k2), which open offset against each other at the piston circumference and in the dead center positions of the piston (D) are blocked off from the cylinder housing (H) against the inlet opening (b) and the outlet opening (k), and that the piston (D) can be rotated back and forth during the piston stroke by means of a control mechanism (6) such that in the Piston positions between the dead center positions one channel (bl, b2) is connected to the inlet opening (h) and the other channel (kl, k2) to the outlet opening (k). 2. Hubkolbenmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kolben (D) vier Kanäle (bl, b2, kl, k2) aufweist, die in den Totpunktlagen des Kolbens (D) paarweise beidseitig der finlaßöffnung (b) bzw. der Auslaßöffnung (k) angeordnet sind, wobei von den Kanälen (bl, b2 bzw. kl, k2) Jedes Kanalpaares der eine mit dem einen Arbeitsraum (V1) und der andere mit dem anderen Arbeitsraum (V2) verbunden ist.2. Reciprocating mechanism according to claim 1, characterized in that the piston (D) has four channels (bl, b2, kl, k2), which are in pairs in the dead center positions of the piston (D) on both sides of the finlassschluß (b) or Outlet opening (k) are arranged, of the channels (bl, b2 and kl, k2) of each pair of channels, one being connected to one working space (V1) and the other to the other working space (V2). 3. Hubkolbenmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (bl, h2, kl, k2) an der Umfangsfläche des Kolbens (D) verlaufende Nuten sind, deren eines Nutende geschlossen ist.3. Reciprocating piston mechanism according to claim 1 or 2, characterized in that the channels (bl, h2, kl, k2) on the peripheral surface of the piston (D) are grooves, the one end of which is closed. 4. Hubkolbenmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am Kolbenumfang gemessenen Abstände der Kanäle (bl, b2, kl, k2) zumindestens paarweise gleich sind.4. Reciprocating mechanism according to claim 2, characterized in that the distances between the channels (bl, b2, kl, k2) measured on the piston circumference are at least in pairs the same. 5. Hubkolbenmechanismus nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (b) und die Auslaßöffnung (k) einander diametral zum Zylinderraum in dessen Axialmitte gegenüberliegen.5. Reciprocating mechanism according to one of claims 1-4, characterized in that the inlet opening (b) and the outlet opening (k) face each other diametrically to the cylinder space in the axial center thereof. 6. Hubkolbenmechanismus nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuermechanismus (6) ein Antriebsrad (9, 10) aufweist, in dem ein Sitz (24, 25) für einen radial zum Kolben (2, 3) an dessen Umfangsfläche abstehenden Zapfen (5) ausgebildet ist.6. Reciprocating mechanism according to one of claims 1-5, characterized in that the control mechanism (6) has a drive wheel (9, 10) in which a seat (24, 25) for a radial to the piston (2, 3) on the latter Peripheral surface projecting pin (5) is formed. 7. Hubkolbenmechanismus nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Kolben in einem gesonderten Zylinderraum angeordnet ist und die Kolben (2, 3) mittels des Steuermechanismus (6) sowohl hinsichtlich ihrer Hubbewegung als auch hinsichtlich ihrer Drehbewegung phasenverschoben gesteuert sind.7. Reciprocating mechanism according to one of claims 1-6, characterized in that a second piston is arranged in a separate cylinder space and the pistons (2, 3) by means of the control mechanism (6) are controlled both in terms of their stroke movement and in terms of their rotational movement out of phase . 8. Hubkolbenmechanismus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (2, 3) über zwei miteinander kämmende Antriebsräder (9, 10) gekuppelt sind.8. Reciprocating mechanism according to claim 7, characterized in that the pistons (2, 3) are coupled via two meshing drive wheels (9, 10).
EP83104038A 1982-05-04 1983-04-25 Reciprocating piston mechanism Withdrawn EP0093372A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU139082 1982-05-04
HU139082A HU186013B (en) 1982-05-04 1982-05-04 Piston reciprocating machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0093372A1 true EP0093372A1 (en) 1983-11-09

Family

ID=10954250

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP83104038A Withdrawn EP0093372A1 (en) 1982-05-04 1983-04-25 Reciprocating piston mechanism

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0093372A1 (en)
JP (1) JPS5947512A (en)
DK (1) DK197383A (en)
HU (1) HU186013B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006093591A1 (en) * 2005-02-28 2006-09-08 Nordson Corporation Fluid metering system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB122629A (en) * 1918-01-21 1919-07-24 Arthur Andersen Improvements in Valveless Pumps.
GB215257A (en) * 1923-09-14 1924-05-08 Jens Andreas Larsen Improvements in pumps
GB260954A (en) * 1925-11-06 1927-03-10 Buaas Mejerimaskinfabrikker Af Improvements in valveless pumps
US1633270A (en) * 1925-08-28 1927-06-21 Oswald A Olsen Compression pump
CH209005A (en) * 1939-06-29 1940-03-15 Maurer Christian Self-priming, valveless piston pump.

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB122629A (en) * 1918-01-21 1919-07-24 Arthur Andersen Improvements in Valveless Pumps.
GB215257A (en) * 1923-09-14 1924-05-08 Jens Andreas Larsen Improvements in pumps
US1633270A (en) * 1925-08-28 1927-06-21 Oswald A Olsen Compression pump
GB260954A (en) * 1925-11-06 1927-03-10 Buaas Mejerimaskinfabrikker Af Improvements in valveless pumps
CH209005A (en) * 1939-06-29 1940-03-15 Maurer Christian Self-priming, valveless piston pump.

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006093591A1 (en) * 2005-02-28 2006-09-08 Nordson Corporation Fluid metering system
US7384249B2 (en) 2005-02-28 2008-06-10 Nordson Corporation Fluid metering system

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5947512A (en) 1984-03-17
DK197383A (en) 1983-11-05
DK197383D0 (en) 1983-05-03
HU186013B (en) 1985-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2301448A1 (en) MULTIPLE PUMP
DE1528982C2 (en) Control rotary valve device for a rotary piston machine
DE1528983B2 (en) CONTROL ROTARY VALVE DEVICE FOR A ROTARY PISTON MACHINE
DE1553057B2 (en) Rotary piston machine
DE2511308C2 (en)
DE19626945C2 (en) flowmeter
DE3934878C2 (en) Volume flow measuring device
DE2209996B2 (en) Device for changing the amount of working fluid in a hydraulic fluid axial piston machine
DE1963265U (en) ROTARY LISTON PUMP WITH ECCENTRIC RING PISTON.
EP0093372A1 (en) Reciprocating piston mechanism
DE102017211775B3 (en) Piston pump with a driven, rotating pump head and a piston oscillating therein
DE10056975C2 (en) Hydraulic machine, especially a pump
DD150782A5 (en) CONTROL ROTARY SLIDING DEVICE
DE3134537C2 (en) Hydraulic axial piston machine with rotating displacement bodies
DE2733574A1 (en) Rotary piston IC engine - has two coaxial opposed rotating pistons in one cylinder and with scroll faces shuttling free piston between them
DE19926993C2 (en) Double axial piston machine
DE4222644C2 (en) Rotary disc machine that can be operated as a motor or pump
DE945973C (en) Rotary piston machine with several pistons that close tightly in a ring-shaped working space at changing angular speed
DE102016204487B4 (en) diaphragm pump
DE2405146A1 (en) Fluid volume flow meter with rotor inside chamber - has measuring cavities receiving flow of liquid for measurement
DE2926443C2 (en) Reversible vane pump
DE2718148A1 (en) Internal gear ring pump or motor - has rotary distributor valve connected to tooth interspaces via housing fixing screw bore clearances
DE1035970B (en) Fuel injection pump for internal combustion engines
DE3342655A1 (en) Oscillating-piston machine
DE3508408A1 (en) Rotary engine

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Designated state(s): AT CH DE FR GB IT LI SE

17P Request for examination filed

Effective date: 19840504

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 19860523

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: KUN, SANDOR, DIPL.-ING.

Inventor name: SZABO, LASZLO

Inventor name: KISS, ANDRAS, DIPL.-ING.