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Als Pumpe, Motor oder Kupplung arbeitende Flüssigkeits-Radialkolbenmaschine
Die Erfindung betrifft eine als Pumpe, Motor oder Kupplung arbeitende Flüssigkeitsradialkolbenma- schine, bei der ein Zylinderstern relativ zu einem als Abstützung für die Kolbenenden dienenden Teil, ohne sich gegenüber demselben zu drehen, eine durch Exzenter oder andere Führungsglieder erzwungene translatorische Kreisbewegung ausführt, und bei der der Flüssigkeitszutritt zu den Zylindern über Steuer- öffnungen der Zylinder mittels eines Drehschiebers gesteuert wird und die aus Kern-und Mantelteil be- stehenden Kolben mit den als konische Köpfe ausgebildeten freien Enden bei ihren in Richtung des Zy- lindersternumfanges erfolgenden Hin- und Herbewegungen an aussermittigen Führungsbahnen abrollen,
wobei beide Kolbenteile um ihre Mittellinie Verdrehungen ausführen.
Bei Radialkolbenmaschinen dieser Art ist es lauftechnisch von Vorteil, dass die Kolben bei der er- wähnten Hin- und Herbewegung an der aussermittigen Führungsbahn abrollen können und dabei eine drehende Bewegung um ihre eigene Achse ausführen. Dabei tritt das Problem auf, die Kolbenköpfe und Führungsbahnen so anzuordnen, dass die Bahnkräfte im Zusammenwirken mit dem von innen auf die Kolben wirkenden Flüssigkeitsdruck während der Druckphase keine axial gerichtete Komponente erzeugen, die den Zylinderstern zu kippen versuchen und daher an seiner Lagerung Kantenpressungenhervorrufen würde. Sind ausserdem das Gehäuse und der Zylinderstern rotierend angeordnet, so würde sich diese unerwünschte Auswirkung sogar infolge der auf die Kolben wirkenden Fliehkräfte vergrössern.
Es sind bereits eine Reihe von Radialkolbenpumpen dieser Bauart bekannt.
Bei einer bekannten Anordnung sind z. B. die Zylinder in zwei verschiedenen, normal zur Drehachse der Maschine orientierten Ebenen angeordnet, wobei die radial äusseren Kolbenenden konisch ausgebildet sind und mit passend geformten Führungsbahnen zusammenwirken. Die Führungsbahnen sind dabei in bezug auf die Symmetrieebene der gesamten Kolbenanordnung winkelmässig spiegelbildlich angeordnet. Hiedurch wird erreicht, dass die für eine Rollbewegung erforderliche Abschrägung der Führungsflächen und der radial äusseren Kolbenenden gegensinnige Axialkräfte erzeugen, die sich aufheben können. Ferner liegen die mit den radial äusseren, konisch geformten Kolbenenden zusammenwirkenden Führungsflächen in der Nähe der Symmetrieebene der beiden die Kolben enthaltenden Ebenen.
Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, dass die Herstellung infolge der in zwei unterschiedlichen Ebenen angeordneten Zylinderräume und Kolben erschwert ist. Ausserdem weist eine derartige Pumpe ein grösseres Gewicht und eine grössere Längsabmessung auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radialkolbenpumpe zu schaffen, bei der kein Kippmoment auf die Welle ausgeübt wird und die geringe Längsabmessungen aufweist.
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, dass zu beiden Seiten der die Achsen der Kolben enthaltenden Ebene je eine Führungsbahn vorgesehen ist und dass ferner der Mantelkolben an seinem äusseren Kopfende mit der einen Führungsbahn und der Kernkolben an seinem äusseren Kopfende mit der andern Führungsbahn zusammenarbeitet, wobei die beiden Kolbenteile sich um ihre Längsachse gegensinnig relativ zum Zylinderstern verdrehen.
Sämtliche Kolben sind also hiebei in einer Ebene angeordnet, so dass sich sehr geringe Längsabmessungen ergeben. Auch die Herstellung eines für eine derartige Pumpe geeigneten Zylindersternes ist sehr einfach.
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Die konischen Kolbenköpfe der beiden Teilkolben wirken vorzugsweise mit dachartigen Führungsbahnen entsprechender Schrägung zusammen.
Man kann das Querschnittsverhältnis der beiden Kolbenteile und die Neigung der Führungsflächen gegen die zur Achse der Welle normale Ebene so wählen, dass die Bedingung erfüllt ist, wonach die Resultierende aller im Betreib auf die Kolbenteile wirkenden Kräfte, wie die des Druckmittels, die der Führungsbahnen und die der dynamischen Kräfte keine axial gerichtete Komponente aufweist.
Vorzugsweise wird zur Sicherung der Kolben gegen Abheben von den Führungsbahnen eine zum Mantelkolben gehörende Gegenführungsbahn am Gehäuse vorgesehen, wogegen für den Kernkolben dessen eigener Kopf als. Sicherung gegen Zurückgleiten in den Mantelkolben dient.
Man kann die Erzeugenden der Führungsbahnen so zueinander versetzt anordnen, dass die Konusspitzen der Kernkolben weiter aussen liegen als diejenigen der Mantelkolben.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen nach I-I der Fig. 2 geführten Längsschnitt durch eine als Pumpe arbeitende Kolbenmaschine gemäss der Erfindung, Fig. 2 einen Querschnitt durch die Pumpe gemäss der Schnittlinie 11-11 der Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Zylinder in grösserem Massstab und mit Angabe der im Betrieb auftretenden Kräfte.
Im zweiteiligen Gehäuse 1 ist mittels der zwei Lager 2 die Antriebswelle 3 drehbar gelagert. Auf der Kröpfung 4 der Welle 3 ist der z. B. sechs Zylinder aufweisende Zylinderstern 5 drehbar gelagert. In diesem sitzt die Steuerbüchse 6, die zu jedem Zylinder 7 eine Durchflussöffnung 8 besitzt. Der Zylinderstern 5 führt im Maschinengehäuse 1 zufolge der Drehbewegung des Exzenters 4 eine translatorische Kreisbewe- gung aus, wobei er durch die beiden Hilfskurbeln 9 geführt wird und sich gegenüber dem Gehäuse nicht dreht. Zur Kröpfung 4 führen die für die Zu- und Ableitung der Arbeitsflüssigkeit nötigen Kanäle 10,11.
Sie münden in den Saugschlitz 12 bzw. den Druckschlitz 13. Mit dem Saugschlitz 12 ist die eine Hälfte der Zylinder 7 durch Öffnungen 8 in Verbindung, während die andere Hälfte der Zylinder mit dem auf der hinteren Seite der Kröpfung 4 befindlichen Druckschlitz 13 in Verbindung steht. Dabei ist angenommen, dass sich die Antriebswelle 3 im Gegenuhrzeigersinn drehe (Pfeil w), In den Zylindern 7 sind zweiteilige Kolben angeordnet, die je aus einem Kernkolben 14 und einem Mantelkolben 15 bestehen. Der letztere weist einen konusförmigen Kopf 16 auf, der an der linken aussermittigen Führungsbahn 17 der im Gehäuse 2 gehaltenen Platte 18 anliegt.
Der Kemkolben 14 ist im Mantelkolben 15 längsverschieblich geführt und gelagert und wird mit seinem ebenfalls konusförmigen Kopf 19 durch den Flüssigkeitsdruck gegen die rechtsseitige aussermittige Führungsbahn 20 der Platte 18 angedrückt. Die beiden Führungsbahnen 17 und 20 liegen dachartig in bezug auf die Mittelquerschnittsebene.
Zur Sicherung der Kolben gegen zu weites Abheben von den Führungsbahnen dient die am Mantelkolben 15 sitzende Scheibe 21 und die am Gehäuse 1 angebrachte Gegenführungsbahn 22, wogegen für den Kernkolben 14 dessen eigener über den Kopf des Mantelkolbens 15 hinausragender Kopf 19 als Sicherung gegen Zurückgleiten in den Mantelkolben 15 dient.
Auf den Mantelkolben wirken der Flüssigkeitsdruck P 2 und der Anpressdruck P'2 = PYcos o , wie Fig. 3 zeigt. Im Schnittpunkt dieser Kräfte lassen sie sich zur resultierenden Axialkraft P ;,. tgo zusammensetzen. Dieser Axialkraft wird durch die am Kolben 14 angreifenden Kräfte P und P'l = Pl/cos x entgegengewirkt, deren Resultierende gleich P. cxl ist und die ebenfalls auf den Mantelkolben einwirkt. Wählt man insbesondere das Querschnittsverhältnis der beiden Kolbenteile, sowie die Angriffspunkte der Kräfte P*, P* und die Neigungen der Steuerbahnflächen gegen die Quermittelebene derart, dass die Axialkräfte P. tg x und P. tg x am gleichen Punkte der Zylindetachse angreifen und gleich gross sind, so heben sich diese Axialkräfte vollkommen auf und es wirkt dann vom Mantelkolben 15 aus keine Axialkraft auf die Zylinderwand.
Hiezu ist, wie gesagt, die Bedingung P tg tg -P. tg < x zu erfüllen. Dies ist möglich, - trotzdem tg < x nicht gleich tg < x ist, wenn die Querschnittsfläche des Mantelkolbens 15 im Verhältnis
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häuse und der Zylinderstern rotierend ausgebildet sein und die Welle festliegend. Soll die Maschine als Wellenkupplung arbeiten, so muss die Druckleitung durch ein Abschlussorgan verschliessbar sein, da die Maschine sonst kein Drehmoment übertragen kann. Diese Einrichtung ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
Auch das Gewicht der Kolben kann so abgestimmt werden, dass die bei rotierend angeordnetem Zylinderstern infolge der Zentrifugalkräfte der Kolben entstehenden Axialkräfte sich vollständig aufheben.
Es liegt ferner auf der Hand, dass die Erfindung auch auf Radialkolbenmaschinen angewendet werden kann, bei denen die Exzentrizität der Kurbel 4 verstellbar ist und daher an Stelle der Hilfskurbeln 9 ver-
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