DE102010036917A1

DE102010036917A1 - Axial piston machine i.e. steam engine, for e.g. vehicle, has closing body arranged in inlet chamber for working medium with increased pressure, so that medium is conducted for expanding into cylinder through passage and inlet port

Info

Publication number: DE102010036917A1
Application number: DE201010036917
Authority: DE
Inventors: Michael Hoetger; Jörg Collisi
Original assignee: Amovis GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2012-02-09

Abstract

The machine (10) has a barrel assembly comprising cylinders, in which a piston is arranged for driving a shaft (16). An off-axis passage passes over an inlet port of the cylinders during rotation of a closing body. The body is arranged in an inlet chamber for a working medium i.e. water vapor, with increased pressure, so that the medium is conducted for expanding into the cylinder through the passage and the inlet port. The barrel assembly comprises a disk-shaped cylinder head (30) with a carbon bearing, where the body is made from hardened steel.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine enthaltend

(a) eine Welle, und
(b) eine Zylinderanordnung mit Zylindern und darin geführten Kolben zum Antrieb der Welle,
(c) wobei die Zylinder jeweils eine mit einer Einlasssteuerung gesteuerte Einlassöffnung für ein Arbeitsmedium und eine Auslassöffnung aufweisen.

The invention relates to an axial piston machine containing

(a) a wave, and
(b) a cylinder arrangement with cylinders and pistons guided therein for driving the shaft,
(C) wherein the cylinders each have an inlet opening controlled by an inlet control for a working medium and an outlet opening.

Axialkolbenmaschinen weisen mehrere Zylinder auf, in denen jeweils ein Kolben einen Hub ausführt. Der Hub wird beispielsweise über eine Schrägscheibe auf die Welle übertragen. Mit der rotierenden Welle kann insbesondere ein Generator oder ein Fahrzeug angetrieben werden. Die Einlasssteuerung für das Arbeitsmedium erfolgt mittels Steuerorganen.Axial piston machines have a plurality of cylinders, in each of which a piston executes a stroke. The hub is transmitted for example via a swash plate on the shaft. In particular, a generator or a vehicle can be driven with the rotating shaft. The inlet control for the working medium is carried out by means of control organs.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 10 2004 004 692 A1 ist eine ventilgesteuerte Axialkolbenmaschine bekannt. Die bekannte Anordnung weist eine rotierende Nockenscheibe auf, welche von der Welle angetrieben wird. Die Nockenscheibe steuert Ventilstößel und mittels der Ventilstößel die Ventile am jeweiligen Einlass der Zylinder. Die Anordnung ist voluminös und komplex.From the DE 10 2004 004 692 A1 is a valve-controlled axial piston machine known. The known arrangement comprises a rotating cam, which is driven by the shaft. The cam plate controls valve tappets and by means of the valve tappets the valves at the respective inlet of the cylinder. The arrangement is voluminous and complex.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die kleiner ist und einfacher aufgebaut. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass

(d) die Einlasssteuerung einen von der Welle angetriebenen, um eine zu der Welle koaxiale Achse rotierenden Schließkörper mit einem aussermittigen Durchgang umfasst,
(e) der Durchgang bei Rotation des Schließkörpers die Einlassöffnungen überstreicht, und
(f) der Schließkörper in einer Einlasskammer für das Arbeitsmedium mit erhöhtem Druck angeordnet ist, so dass Arbeitsmedium zum Expandieren durch den Durchgang und die Einlassöffnung in den zugehörigen Zylinder leitbar ist.

It is an object of the invention to provide a device of the type mentioned, which is smaller and has a simpler structure. According to the invention the object is achieved in that

(d) the inlet control comprises a shaft-driven closing body rotating about an axis coaxial with the shaft and having an eccentric passage,
(e) the passage of rotation of the closing body sweeps over the inlet openings, and
(F) the closing body is arranged in an inlet chamber for the working medium with increased pressure, so that working medium for expanding through the passage and the inlet opening into the associated cylinder is conductive.

Bei typischen Axialkolbenmaschinen sind mehrere Zylinder kranzförmig um eine Welle herum angeordnet. Die Hubrichtung verläuft parallel zur Mittenachse der Welle. Die Zylinder werden am oberen Ende von einem gemeinsamen Zylinderkopf begrenzt. Darin sind bei der vorliegenden Erfindung Bohrungen als Einlassöffnungen vorgesehen. Die Einlassöffnungen sind entlang einer Kreislinie angeordnet. Der Schließkörper ist mit der Welle verbunden und wird von dieser angetrieben. Entsprechend rotiert der Schließkörper um eine gemeinsame Rotationsachse, welche durch den Kreismittelpunkt verläuft.In typical axial piston machines, a plurality of cylinders are arranged in a ring around a shaft. The stroke direction runs parallel to the center axis of the shaft. The cylinders are limited at the top by a common cylinder head. Therein, bores are provided as inlet openings in the present invention. The inlet openings are arranged along a circular line. The closing body is connected to the shaft and is driven by this. Accordingly, the closing body rotates about a common axis of rotation which passes through the center of the circle.

Der Schließkörper ist mit einem Durchgang versehen. Dieser kann eine Bohrung in einem von einer Scheibe gebildeten Schließkörper sein. Der Durchgang ist derart in dem Schließkörper angeordnet, dass er bei Rotation nacheinander die Einlassöffnungen der Zylinder überstreicht. Entsprechend werden die Zylinder nacheinander mit dem Inneren der Einlasskammer verbunden. In der Einlasskammer ist das Arbeitsmedium vorgesehen. Das Arbeitsmedium kann beispielsweise Wasserdampf unter hohem Druck sein. Wenn das Arbeitsmedium durch den Durchgang und die Einlassöffnung in den Zylinder tritt, kann es im Zylinder expandieren. Der Kolben wird dann nach unten gedrückt. Die Arbeitsleistung wird beispielsweise über eine Schrägscheibe auf die Welle übertragen und steht dann zur weiteren Verwendung, etwa an einem Generator oder zum Antrieb eines Fahrzeugs oder einer Maschine zur Verfügung.The closing body is provided with a passage. This may be a bore in a closing body formed by a disc. The passage is arranged in the closing body such that it successively sweeps over the inlet openings of the cylinders during rotation. Accordingly, the cylinders are sequentially connected to the interior of the inlet chamber. In the inlet chamber, the working medium is provided. The working medium may be, for example, steam under high pressure. When the working fluid enters the cylinder through the passage and the inlet port, it can expand in the cylinder. The piston is then pushed down. The work is transmitted, for example via a swash plate on the shaft and is then available for further use, such as a generator or for driving a vehicle or a machine available.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann auf aufwändige Ventile und Ventilsteuerungen vollständig verzichtet werden. Ein Schließkörper, wie eine Scheibe mit einer Bohrung, kann kostengünstig hergestellt werden und erfordert nur sehr wenig Raum. Dadurch ist die Anordnung sehr kompakt.In the arrangement according to the invention can be completely dispensed with expensive valves and valve controls. A closing body, such as a disc with a bore, can be produced inexpensively and requires very little space. As a result, the arrangement is very compact.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Zylinderanordnung einen Zylinderkopf mit einem Lager aus Kohlenstoff für den Schließkörper auf. Dadurch wird die Reibung minimiert. Das Lager ist selbstschmierend. Der Schließkörper besteht vorzugsweise aus gehärtetem Stahl. Die Kombination von gehärtetem Stahl in einem Kohlenstofflager hat sich als besonders reibungsarm herausgestellt.In a particularly preferred embodiment of the invention, the cylinder arrangement has a cylinder head with a bearing made of carbon for the closing body. This minimizes friction. The bearing is self-lubricating. The closing body is preferably made of hardened steel. The combination of hardened steel in a carbon bearing has proven to be particularly low in friction.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Zylinderanordnung ein Zylindergehäuse, durch welches die Welle geführt ist, kranzförmig um die Welle angeordnete Zylinderbohrungen und axialbewegliche Kolben in den Zylinderbohrungen zum Antrieb der Welle mittels einer Schrägscheibe.In a further embodiment of the invention, the cylinder arrangement comprises a cylinder housing, through which the shaft is guided, cylinder-shaped arranged around the shaft cylinder bores and axially movable piston in the cylinder bores for driving the shaft by means of a swash plate.

Die Axialkolbenmaschine kann eine Dampfmaschine sein und das Arbeitsmedium kann im wesentlichen Wasserdampf sein.The axial piston machine may be a steam engine and the working fluid may be substantially water vapor.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Zylindergehäuse einen Zylinderkopf auf, und ein teilweise flächig auf dem Zylinderkopf aufliegendes Anschlussteil mit einer die Einlasskammer bildenden Wölbung, in welcher der Schließkörper umläuft, wobei die Einlasskammer im Bereich der Wölbung mit einer Quelle für unter Druck stehendes Arbeitsmedium verbindbar ist. Das Anschlussteil wird dann an den Zylinderkopf angeflanscht und ist leicht abzudichten.In a particularly preferred embodiment of the invention, the cylinder housing on a cylinder head, and a partially flat resting on the cylinder head connecting part with an inlet chamber forming the curvature, in which the closing body rotates, wherein the inlet chamber in the region of the curvature with a source of pressurized Working medium is connectable. The connector is then flanged to the cylinder head and is easy to seal.

Das Zylindergehäuse kann mehrteilig ausgebildet sein, wobei ein im wesentlichen topfförmiger Teil einen Gehäuseboden umfasst und der andere Teil mit einem separaten Zylinderkopf versehen ist.The cylinder housing may be formed in several parts, wherein a substantially cup-shaped part comprises a housing bottom and the other part is provided with a separate cylinder head.

Vorzugsweise weist das Zylindergehäuse seitliche Schlitze im Bereich des Expansionsvolumens der Zylinder auf, welche Auslässe für das expandierte Arbeitsmedium bilden. Dadurch wird eine besonders kompakte Anordnung erreicht.The cylinder housing preferably has lateral slots in the region of the expansion volume of the cylinders, which form outlets for the expanded working medium. As a result, a particularly compact arrangement is achieved.

In einer besonders kompakten Ausgestaltung der Erfindung ist das Zylindergehäuse in axialer Richtung durchgehend mit einem separaten Zylinderkopf und einem separaten Gehäuseboden ausgebildet und weist in axialer Richtung verlaufende Kanäle in der Gehäusewandung auf, welche die Endbereiche der Zylinder miteinander verbinden, so dass der Kolben beidseitig mit Arbeitsmedium beaufschlagbar und das Arbeitsmedium zweistufig expandierbar ist.In a particularly compact embodiment of the invention, the cylinder housing is formed in the axial direction continuously with a separate cylinder head and a separate housing bottom and has axially extending channels in the housing wall, which connect the end portions of the cylinder with each other, so that the piston on both sides with working fluid acted upon and the working medium can be expanded in two stages.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. An embodiment is explained below with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 ist eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Axialkolbenmaschine. 1 is a perspective view of a first embodiment of an axial piston machine.

2 ist ein Längsschnitt durch die Axialkolbenmaschine nach dem ersten Ausführungsbeispiel aus 1. 2 is a longitudinal section through the axial piston machine according to the first embodiment 1 ,

3 ist ein Querschnitt entlang der Schnittfläche A-A in 2. 3 is a cross section along the sectional area AA in 2 ,

4 ist ein Längsschnitt durch die Axialkolbenmaschine entsprechend 2, wobei die Kolben in einer unterschiedlichen Position sind. 4 is a longitudinal section through the axial piston according to 2 with the pistons in a different position.

5 ist eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Axialkolbenmaschine. 5 is a perspective view of a second embodiment of an axial piston machine.

6 ist ein Längsschnitt durch die Axialkolbenmaschine nach dem ersten Ausführungsbeispiel aus 5. 6 is a longitudinal section through the axial piston machine according to the first embodiment 5 ,

7 ist ein Querschnitt entlang der Schnittfläche B-B in 6. 7 is a cross section along the section BB in 6 ,

8 ist ein Längsschnitt durch die Axialkolbenmaschine entsprechend 6, wobei die Kolben in einer unterschiedlichen Position sind. 8th is a longitudinal section through the axial piston according to 6 with the pistons in a different position.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

1 bis 4 zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete Axialkolbenmaschine. Die Axialkolbenmaschine 10 weist ein zweiteiliges Gehäuse mit einem zylindrischen, oberen Gehäuseteil 12 und einem unteren, topfförmigen Gehäuseteil 14 auf. Koaxial durch das Gehäuse 12, 14 ist eine zweiteilige, drehbar gelagerte Welle 16, 18 geführt. Der obere Gehäuseteil 12 ist mit fünf Bohrungen 20 versehen, welche kranzförmig, parallel zur Rotationsachse der Welle um die Welle herum angeordnet sind. Dies ist in 3 dargestellt. Die Bohrungen 20 bilden Zylinder. In nicht dargestellten Ausführungsbeispielen sind 7 oder 9 Bohrungen vorgesehen. In den Bohrungen 20 sind Kolben 22 geführt. Die Kolben 22 weisen Hohlräume 24 auf. Dadurch sind diese leicht und erfordern nur wenig Material. Im unteren Bereich der Kolben sind zwei Gleitsteine 26 drehbar gelagert. Die Gleitsteine 26 haben die Form eines Kugelsegments. Eine Schrägscheibe 28 ist je nach Anzahl der Kolben mit mehreren Gleitsteinen 26 mit den Kolben 22 verbunden. 1 to 4 shows a general with 10 designated axial piston machine. The axial piston machine 10 has a two-part housing with a cylindrical, upper housing part 12 and a lower, cup-shaped housing part 14 on. Coaxial through the housing 12 . 14 is a two-piece, rotatably mounted shaft 16 . 18 guided. The upper housing part 12 is with five holes 20 provided, which are arranged in a ring shape, parallel to the axis of rotation of the shaft around the shaft. This is in 3 shown. The holes 20 form cylinders. In non-illustrated embodiments, 7 or 9 holes are provided. In the holes 20 are pistons 22 guided. The pistons 22 have cavities 24 on. As a result, these are lightweight and require little material. In the lower part of the piston are two sliding blocks 26 rotatably mounted. The sliding blocks 26 have the shape of a sphere segment. A swash plate 28 depends on the number of pistons with multiple sliding blocks 26 with the pistons 22 connected.

Die Schrägscheibe 28 ist mit einer Aufspannmutter fest mit dem unteren Teil 16 der Welle verbunden. Neben der Mutter ist noch eine Passfeder zur Drehmomentübertragung verbaut. Der untere Teil 16 der Welle ist mit einer axialen Vierkant-Nut versehen. Darin steckt der obere Teil 18 der Welle. Die Rotation des unteren Teils 16 der Welle wird so auf den oberen Teil 18 der Welle übertragen.The swash plate 28 is fixed to the lower part with a clamping nut 16 connected to the shaft. In addition to the mother, a feather key for torque transmission is installed. The lower part 16 The shaft is provided with an axial square groove. This is the upper part 18 the wave. The rotation of the lower part 16 the wave is thus on the upper part 18 transmitted to the shaft.

Am oberen Ende des oberen Gehäuseteils 12 ist ein gemeinsamer, scheibenförmiger Zylinderkopf 30 angeordnet. Mit dem Zylinderkopf 30 werden die Bohrungen 20 verschlossen. Der obere Teil 18 der Welle ist durch eine Mittenbohrung in dem Zylinderkopf 30 geführt. Das obere Ende des oberen Teils 18 der Welle mündet in eine Einlasskammer 32. Die Einlasskammer 32 wird von einem teilweise flächig auf dem Zylinderkopf aufliegenden Anschlussteil 34 mit einer die Einlasskammer 32 bildenden Wölbung gebildet. In der Einlasskammer 32 läuft ein scheibenförmiger Drehschieber 36 um. Die Einlasskammer 32 ist im Bereich der Wölbung mit einer Quelle für unter Druck stehendes Arbeitsmedium verbindbar. Hierfür sind Dampfzuleitungen 38 vorgesehen, die in der Einlasskammer 32 münden.At the upper end of the upper housing part 12 is a common, disc-shaped cylinder head 30 arranged. With the cylinder head 30 be the holes 20 locked. The upper part 18 The shaft is through a center hole in the cylinder head 30 guided. The upper end of the upper part 18 the shaft opens into an inlet chamber 32 , The inlet chamber 32 is made of a partially flat resting on the cylinder head connector 34 with one the inlet chamber 32 forming camber. In the inlet chamber 32 runs a disc-shaped rotary valve 36 around. The inlet chamber 32 is in the region of the curvature with a source of pressurized working medium connectable. For this purpose are steam supply lines 38 provided in the inlet chamber 32 lead.

Der Drehschieber 36 ist formschlüssig mit dem oberen Teil 18 der Welle verbunden und wird von dieser angetrieben. Der Drehschieber 36 läuft zwischen einem Wellenkopf 40 am oberen Ende des oberen Teils 18 der Welle und einem Kohlenstofflager 42 um. Das Kohlenstofflager besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus gesintertem Kohlenstoff. Es ist scheibenförmig und in eine hierfür vorgesehene Aussparung auf der Außenseite des Zylinderkopfes 30 eingelassen.The rotary valve 36 is form-fitting with the upper part 18 connected to the shaft and is driven by this. The rotary valve 36 runs between a wave head 40 at the upper end of the upper part 18 the shaft and a carbon bearing 42 around. The carbon bearing is made of sintered carbon in the present embodiment. It is disk-shaped and in a recess provided for this purpose on the outside of the cylinder head 30 admitted.

Der Drehschieber 36 weist einen außermittigen Durchgang 48 auf. Der Zylinderkopf 30 weist im Bereich des Kohlenstofflagers 42 Bohrungen 44 auf. Jedem Zylinder 20 ist eine Bohrung 44 zugeordnet. Die Bohrungen 44 sind kranzförmig um die Welle herum angeordnet. Der Durchgang 48 überstreicht die Bohrungen. Dabei ist der Bereich um die Bohrungen 44 etwas vorstehend gewölbt, wodurch die Reibung reduziert wird. Die geringe Reibung bewirkt eine hohe Effizienz der Anordnung. The rotary valve 36 has an off-center passage 48 on. The cylinder head 30 points in the area of the carbon bearing 42 drilling 44 on. Every cylinder 20 is a hole 44 assigned. The holes 44 are arranged in a ring around the shaft. The passage 48 covers the holes. Here is the area around the holes 44 arched slightly above, whereby the friction is reduced. The low friction causes a high efficiency of the arrangement.

Im unteren Bereich jedes Zylinders sind in der äußeren Wandung Schlitze 46 vorgesehen. Die Schlitze 46 bilden den Auslass des Zylinders.Slots are in the lower part of each cylinder in the outer wall 46 intended. The slots 46 form the outlet of the cylinder.

Die Anordnung arbeitet wie folgt:
Unter Druck stehender Wasserdampf gelangt durch die Dampfzuleitung 38 in die Einlasskammer 32. Der Durchgang 48 im Drehschieber 36 überstreicht bei Rotation der Welle mit dem Drehschieber nacheinander die Bohrungen 44. Der Drehschieber gibt somit immer eine Bohrung 44 frei. Durch diese tritt der Wasserdampf in den Zylinder 20. Dort expandiert der Wasserdampf. Der zugehörige Kolben 22 bewegt sich dabei nach unten in der Darstellung. Über die Gleitsteine 26 und die Schrägscheibe 28 wird so die Welle 16 angetrieben. Der expandierte Wasserdampf tritt durch die Schlitze 46 aus. Die übrigen Kolben werden dabei nacheinander wieder nach oben bewegt.The arrangement works as follows:
Pressurized water vapor passes through the steam supply line 38 in the inlet chamber 32 , The passage 48 in the rotary valve 36 rotates successively with rotation of the shaft with the rotary valve holes 44 , The rotary valve thus always gives a bore 44 free. Through this, the water vapor enters the cylinder 20 , There the water vapor expands. The associated piston 22 moves down in the presentation. About the sliding blocks 26 and the swash plate 28 So will the wave 16 driven. The expanded water vapor passes through the slots 46 out. The other pistons are moved back up one after the other.

5 bis 8 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die alternative Axialkolbenmaschine ist allgemein mit 110 bezeichnet. Die Axialkolbenmaschine 110 weist ein durchgängiges, zylindrisches Gehäuse 112 auf. Ein Gehäuseboden 114 schließt das Gehäuse 112 unten ab. Koaxial durch das Gehäuse 112 ist eine zweiteilige, drehbar gelagerte Welle 116, 118 geführt. Das Gehäuse 112 ist mit fünf Bohrungen 120 versehen, welche kranzförmig, parallel zur Rotationsachse der Welle um die Welle herum angeordnet sind. Dies ist in 7 dargestellt. Die Bohrungen 120 bilden Zylinder. In den Bohrungen 120 sind Doppelkolben 122 geführt. Die Doppelkolben 122 weisen Hohlräume 124 auf. Dadurch sind diese leicht und erfordern nur wenig Material. Im mittleren Bereich der Doppelkolben sind zwei Gleitsteine, welcher die Form eines Kugelsegments haben kann, 126 drehbar gelagert. Eine Schrägscheibe 128 ist mit den Gleitsteinen 126 der Doppelkolben 122 verbunden. 5 to 8th show an alternative embodiment of the invention. The alternative axial piston machine is generally with 110 designated. The axial piston machine 110 has a continuous, cylindrical housing 112 on. A caseback 114 closes the case 112 down from. Coaxial through the housing 112 is a two-piece, rotatably mounted shaft 116 . 118 guided. The housing 112 is with five holes 120 provided, which are arranged in a ring shape, parallel to the axis of rotation of the shaft around the shaft. This is in 7 shown. The holes 120 form cylinders. In the holes 120 are double pistons 122 guided. The double pistons 122 have cavities 124 on. As a result, these are lightweight and require little material. In the central region of the double piston are two sliding blocks, which may have the shape of a spherical segment, 126 rotatably mounted. A swash plate 128 is with the sliding blocks 126 the double piston 122 connected.

Die Schrägscheibe 128 ist im mittleren Bereich der Welle mit einer Aufspannmutter fest gegen einen Ringvorsprung der Welle 116 gespannt und so mit der Welle 116 verbunden. Neben der Mutter ist noch eine Passfeder zur Drehmomentübertragung verbaut. Der untere Teil 116 der Welle ist mit einer axialen Vierkant-Nut versehen. Darin steckt der obere Teil 118 der Welle. Die Rotation des unteren Teils 116 der Welle wird so auf den oberen Teil 118 der Welle übertragen.The swash plate 128 is in the middle of the shaft with a clamping nut firmly against an annular projection of the shaft 116 excited and so with the wave 116 connected. In addition to the mother, a feather key for torque transmission is installed. The lower part 116 The shaft is provided with an axial square groove. This is the upper part 118 the wave. The rotation of the lower part 116 the wave is thus on the upper part 118 transmitted to the shaft.

Am oberen Ende des Gehäuses 112 ist ein gemeinsamer, scheibenförmiger Zylinderkopf 130 angeordnet. Der Zylinderkopf 130 ist mit dem Gehäuse 112 mittels eines durchgehenden Bolzens 150 mit dem Gehäuseboden 114 verbunden. Mit dem Zylinderkopf 130 werden die Bohrungen 120 verschlossen. Der obere Teil 118 der Welle ist durch eine Mittenbohrung in dem Zylinderkopf 130 geführt. Das obere Ende des oberen Teils 118 der Welle mündet in eine Einlasskammer 132. Die Einlasskammer 132 ist auf ein auf dem Zylinderkopf 130 aufliegenden Anschlussteil 134 aufgesetzt und gegen dieses abgedichtet. In der Einlasskammer 132 läuft ein scheibenförmiger Drehschieber 136 um. Die Einlasskammer 132 ist mit einer Quelle für unter Druck stehendes Arbeitsmedium verbindbar. Hierfür sind Dampfzuleitungen 138 vorgesehen, die in der Einlasskammer 132 münden.At the top of the case 112 is a common, disc-shaped cylinder head 130 arranged. The cylinder head 130 is with the case 112 by means of a continuous bolt 150 with the case back 114 connected. With the cylinder head 130 be the holes 120 locked. The upper part 118 The shaft is through a center hole in the cylinder head 130 guided. The upper end of the upper part 118 the shaft opens into an inlet chamber 132 , The inlet chamber 132 is on one on the cylinder head 130 resting connection part 134 put on and sealed against this. In the inlet chamber 132 runs a disc-shaped rotary valve 136 around. The inlet chamber 132 is connectable to a source of pressurized working fluid. For this purpose are steam supply lines 138 provided in the inlet chamber 132 lead.

Der Drehschieber 136 ist formschlüssig mit dem oberen Teil 118 der Welle verbunden und wird von dieser angetrieben. Der Drehschieber 136 läuft zwischen einem Wellenkopf 140 am oberen Ende des oberen Teils 118 der Welle und einem Kohlenstofflager 142 um. Das Kohlenstofflager besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus gesintertem Kohlenstoff. Es ist scheibenförmig und in eine hierfür vorgesehene Aussparung auf der Außenseite des Zylinderkopfes 130 eingelassen.The rotary valve 136 is form-fitting with the upper part 118 connected to the shaft and is driven by this. The rotary valve 136 runs between a wave head 140 at the upper end of the upper part 118 the shaft and a carbon bearing 142 around. The carbon bearing is made of sintered carbon in the present embodiment. It is disk-shaped and in a recess provided for this purpose on the outside of the cylinder head 130 admitted.

Der Drehschieber 136 weist einen außermittigen Durchgang 148 auf. Der Zylinderkopf 130 weist im Bereich des Kohlenstofflagers 142 Bohrungen 144 auf. Jedem Zylinder 120 ist eine Bohrung 144 zugeordnet. Die Bohrungen 144 sind kranzförmig um die Welle herum angeordnet. Der Durchgang 148 überstreicht die Bohrungen. Dabei ist der Bereich um die Bohrungen 144 mit einem etwas vorstehenden Rand versehen, wodurch die Reibung reduziert wird. Die geringe Reibung bewirkt eine hohe Effizienz der Anordnung.The rotary valve 136 has an off-center passage 148 on. The cylinder head 130 points in the area of the carbon bearing 142 drilling 144 on. Every cylinder 120 is a hole 144 assigned. The holes 144 are arranged in a ring around the shaft. The passage 148 covers the holes. Here is the area around the holes 144 provided with a slightly protruding edge, whereby the friction is reduced. The low friction causes a high efficiency of the arrangement.

Das Gehäuse 112 weist in der seitlichen Wandung Überströmkanäle 152 auf. Die Überströmkanäle 152 verbinden das Expansionsvolumen 154 oberhalb des oberen Kolbenteils mit dem Expansionsvolumen 156 unterhalb des unteren Kolbenteils. Der Zugang 158 zum Überströmkanal 152 befindet sich dabei in einem Bereich, der durch den oberen Teil des Doppelkolbens 122 erst nach Expansion freigegeben wird. Der Ausgang 160 des Überströmkanals 152 bildet den Einlass für das Expansionsvolumen unterhalb des Doppelkolbens 122. Im unteren Bereich jedes Zylinders sind in der äußeren Wandung Schlitze 146 vorgesehen. Die Schlitze 146 bilden den Auslass des Zylinders, in dem der untere Kolben des Doppelkolbens 122 bewegt wird.The housing 112 has overflow channels in the lateral wall 152 on. The overflow channels 152 connect the expansion volume 154 above the upper piston part with the expansion volume 156 below the lower piston part. Access 158 to the overflow channel 152 is located in an area that passes through the upper part of the double piston 122 only released after expansion. The exit 160 the overflow channel 152 forms the inlet for the expansion volume below the double piston 122 , Slots are in the lower part of each cylinder in the outer wall 146 intended. The slots 146 form the outlet of the cylinder in which the lower piston of the double piston 122 is moved.

Mit der Anordnung wird eine zweistufige Expansion realisiert:
Unter Druck stehender Wasserdampf gelangt durch die Dampfzuleitung 138 in die Einlasskammer 132. Der Durchgang 148 im Drehschieber 136 überstreicht bei Rotation der Welle mit dem Drehschieber nacheinander die Bohrungen 144. Der Drehschieber gibt somit immer eine Bohrung 144 frei. Durch diese tritt der Wasserdampf in den oberen Bereich des Zylinders 120. Dort erfolgt eine teilweise Expansion des Wasserdampfes. Der zugehörige Doppelkolben 122 bewegt sich dabei nach unten in der Darstellung. Über die Gleitsteine 126 und die Schrägscheibe 128 wird so die Welle 116 angetrieben. Mit Erreichen des Totpunktes des Kolbens wird der Zugang 158 zum Überströmkanal 152 freigegeben. Der teilweise expandierte Wasserdampf tritt durch den Zugang 158 in den Überströmkanal 152. Der immer noch unter Druck stehende Dampf tritt durch den Ausgang 160 in den unteren Teil des Zylinders 120. Dort expandiert er weiter und bewegt den Doppelkolben 122 wieder nach oben. Am anderen Totpunkt werden Schlitze 146 in der Wandung des Gehäuses 112 vom unteren Teil des Doppelkolbens 122 freigegeben. Durch diese Schlitze 146 kann das nun vollständig expandierte Arbeitsmittel austreten. With the arrangement, a two-stage expansion is realized:
Pressurized water vapor passes through the steam supply line 138 in the inlet chamber 132 , The passage 148 in the rotary valve 136 rotates successively with rotation of the shaft with the rotary valve holes 144 , The rotary valve thus always gives a bore 144 free. Through this, the water vapor enters the upper area of the cylinder 120 , There is a partial expansion of the water vapor. The associated double piston 122 moves down in the presentation. About the sliding blocks 126 and the swash plate 128 So will the wave 116 driven. Upon reaching the dead center of the piston is the access 158 to the overflow channel 152 Approved. The partially expanded water vapor passes through the access 158 in the overflow channel 152 , The still pressurized steam passes through the outlet 160 in the lower part of the cylinder 120 , There he continues to expand and moves the double piston 122 back up. At the other dead center are slits 146 in the wall of the housing 112 from the lower part of the double piston 122 Approved. Through these slots 146 The now completely expanded work equipment can escape.

Die zweistufige Expansion hat den Vorteil, dass ein großer Hub bei langen Einlasssteuerzeiten erreicht wird. Die Laufzeit durch den Überströmkanal bewirkt die erforderliche Verzögerung, die zur Steuerung des Doppelkolbens nötig ist. Die Anordnung arbeitet ohne zusätzliche Ventile, Schieber oder sonstige Steuerorgane. Dadurch ist sie einfach aufgebaut und sehr kompakt. Bei kleinen Baugrößen lassen sich besonders hohe Leistungsdichten erreichen. Der obere Teil des Doppelkolbens ist das Steuerorgan für den unteren Teil des Doppelkolbens.Two-stage expansion has the advantage of achieving a long stroke with long intake timing. The transit time through the overflow channel causes the required delay, which is necessary for controlling the double piston. The arrangement works without additional valves, valves or other control organs. This makes it simple and very compact. For small sizes, particularly high power densities can be achieved. The upper part of the double piston is the control element for the lower part of the double piston.

In den oben aufgeführten Ausführungsbeispielen beziehen sich die Begriffe „oben” und „unten” auf die Darstellungen in den Figuren und sind nicht absolut zu verstehen. Die Ausführungsbeispiele dienen ferner lediglich zur Illustration der Erfindung und nicht zur Beschränkung des Schutzumfangs der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Insbesondere kann die Erfindung auch an Modifikationen verwirklicht werden. So können unterschiedlich aufgebaute Gehäuse und unterschiedliche Anzahl an Zylindern verwendet werden. Auch ist die Erfindung nicht auf ein konkretes Arbeitsmedium beschränkt. Vielmehr eignen sich auch andere Arbeitsmedien zur Expansion.In the embodiments listed above, the terms "top" and "bottom" refer to the illustrations in the figures and are not to be understood as absolute. Furthermore, the embodiments serve merely to illustrate the invention and not to limit the scope of protection defined by the appended claims. In particular, the invention can also be implemented in modifications. Thus, differently constructed housing and different number of cylinders can be used. Also, the invention is not limited to a specific working medium. Rather, other working media are also suitable for expansion.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004004692 A1 [0003]

Claims

Axial piston machine ( 10 ; 110 containing (a) a wave ( 16 . 18 ; 116 . 118 ), and (b) a cylinder arrangement with cylinders ( 20 ; 120 ) and pistons guided therein ( 22 ; 122 ) for driving the shaft, (c) the cylinders each having an inlet opening ( 44 ; 144 ) for a working medium and an outlet opening ( 46 ; 146 ), Characterized in that (d) the intake control a generator driven by the shaft to a koachsiale to the shaft axis rotating closing body ( 36 ; 136 ) with an off-axis passage ( 48 ; 148 (e) the passage passes over the inlet openings upon rotation of the closing body, and (f) the closing body in an inlet chamber (FIG. 32 ; 132 ) is arranged for the working medium with increased pressure, so that working medium for expanding through the passage and the inlet opening into the associated cylinder can be conducted.

Axial piston machine according to claim 1, characterized in that the closing body ( 36 ; 136 ) is formed by a disc with a bore.

Axial piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder arrangement comprises a cylinder head ( 30 ; 130 ) with a bearing ( 42 ; 142 ) of carbon for the closing body.

Axial piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the closing body ( 36 ; 136 ) made of hardened steel.

Axial piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder arrangement comprises a cylinder housing ( 12 . 14 ; 112 ), through which the shaft is guided, annularly arranged around the shaft cylinder bores and axially movable piston in the cylinder bores for driving the shaft by means of a swash plate ( 28 ; 128 ).

Axial piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the axial piston machine is a steam engine and the working medium is substantially water vapor.

Axial piston machine according to claim 5, characterized in that the cylinder housing has a cylinder head, and a partially flat resting on the cylinder head connecting part ( 34 ) with a curvature forming the inlet chamber, in which the closing body rotates, wherein the inlet chamber in the region of the curvature can be connected to a source of pressurized working medium.

Axial piston machine according to claim 5 or 6, characterized in that the cylinder housing is formed in several parts, wherein a substantially cup-shaped part ( 14 ) comprises a housing bottom and the other part with a separate cylinder head ( 30 ) is provided.

Axial piston machine according to claim 8, characterized in that the cylinder housing lateral slots ( 46 ; 146 ) in the region of the expansion volume of the cylinders, which form outlets for the expanded working medium.

Axial piston machine according to claim 5 or 6, characterized in that the cylinder housing is formed in the axial direction continuously with a separate cylinder head and a separate housing bottom and extending in the axial direction channels ( 152 ) in the housing wall, which connect the end regions of the cylinder with each other, so that the piston can be acted upon on both sides with working medium and the working medium can be expanded in two stages.