DE2361175C3

DE2361175C3 - Axialkolbenmotor

Info

Publication number: DE2361175C3
Application number: DE19732361175
Authority: DE
Inventors: Michail Semenovitsch Kaufman
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-12-07
Filing date: 1973-12-07
Publication date: 1980-11-27
Also published as: DE2361175A1; DE2361175B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Axialkolbenmotor nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs.

Am erfolgreichsten kann der Axialkolbenmotor nach der Erfindung als Antrieb von Bergbaumaschinen mit Druckluft von 3—8 at verwendet werden, z. B. Lade- und Fördermaschinen, Bohrzeuge und Bohrwagen, Vortriebsmaschinen, Hubvorrichtungen und Haspeln.

Eine weitgehende Verwendung in der Bergtechnik haben Radialkolben-Druckluftmotoren mit einem Schubkurbelumsatzgetriebe gefunden. Als Hauptmängel dieser Motoren gelten ihre Sperrigkeit und geringe Wirtschaftlichkeit infolge des großen Abstands der Zylinderköpfe vom Zentralverteiler. Versuche, die Abmessungen durch Schwingen anstatt der Kurbeltriebe zu verringern, blieben erfolglos. Im Vergleich zu den Radialkolbenmotoren sind die Abmessungen der Axialkolbenmotoren in allen drei Dimensionen am die Hälfte geringer, so daß sie ai-htmal weniger Platz bei der gleichen Leistung einnehmen.

Es ist bereits ein Axialkolbenmotor bekannt (SU U 324), in dem doppelwirkende Kolben in Zylindern untergebracht sind, die parallel zur Welle und gleich von ihr entfernt liegen.

Innerhalb jedes Kolbens befindet sich eine Rolle, welche mit der stirnseitigen Führungsfläche eines wellenförmigen Nockens zusammenwirkt, der auf der Motorwelle angeordnet ist. Der wellenförmige Nocken

dient zur Umwandlung der Hin- und Herbewegung der Kolben in eine Drehbewegung der Welle. Die Verteilung des Arbeitsmediums, der Druckluft, d.h. dessen Zufuhr und Ableitung von den Zylindern erfolgt durch ein Verteilersystem, welches eine Gesamtheit von Kanälen in der Welle und im Motorgehäuse darstellt. Die Druckluft gelangt in die Zylinder durch dieses Verteilersystem. Unter der Wirkung der Druckluft verschieben sich die Kolben in der Axialrichtung, während ihre Rollen mit der stirnseitigen Fläche des wellenförmigen Nockens zusammenwirken und ihn entsprechend drehen. Auf diese Weise erfolgt eine Umwandlung der fortschreitenden Verschiebung der Kolben in eine Drehbewegung der Welle.

Die diesem Motor zugeführte Druckluft muß jedoch einen erheblichen Weg zurücklegen, bevor sie die Arbeitskammer des Zylinders erreicht Der bekannte Motor kann keine Leistungssteigerung ohne gleichzeitige Vergrößerung seiner Abmessungen gewährleisten, ja eine Leistungssteigerung mit einer Vergrößerung der Durchgangsquerschnitte der Kanäle für die Zufuhr der Druckluft in die Arbeitskammern der Zylinder und deren Ableitung aus ihnen zusammenhängt Die Vergrößerung der Durchgangsquerschnitte der Kanäle führt, falls die Welle nicht geschwächt werden soll, zu einer Vergrößerung ihrer Abmessungen und folglich zu einer Vergrößerung des ganzen Motors. Außerdem entstehen in den langgestreckten Kanälen, durch welche die Druckluft den Arbeitskammern der Zylinder zugeführt wird, hohe Druckverluste, die den Wirkungsgrad des Motors entsprechend herabsetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Axialkolbenmotor nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs zu schaffen, bei dem eine Leistungssteigerung ohne Vergrößerung seiner Abmessungen, d. h. ohne die Vergrößerung der Durchgangsquerschnitte der Ein- und Auslaßkanäle erreicht wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Welle eine Ringnut für die Zufuhr des Arbeitsmediums an einer Seite eines wellenförmigen Nockens aufweist, die mit Längskanälen für die Zufuhr des Arbeitsmediums verbunden ist und in deren Bereich die Längskanäle verbindende Querkanäle verlaufen, sowie eine Ringnut zur Ableitung des Arbeitsmediums an der anderen Seite des wellenförmigen Nockens besitzt, die mit Abström-Längskanälen verbunden ist und in deren Bereich die Abström-Längskanäle miteinander verbindende Querkanäle verlaufen, wobei die Längskanäle miteinander durch Querkanäle in der Zone von öffnungen der Welle neben der Ringnut zur Ableitung des Arbeitsmediums verbunden sind, während die Abström-Längskanäle miteinander durch Querkanäle in der Zone von öffnungen der Welle neben der Ringnut für die Zufuhr des Arbeitsmediums verbunden sind.

Im erfindungsgemäßen Axialkolbenmotor wird durch die Querkanäle, welche die Zuström-Längskanäle und die Abström-Längskanäle jeweils miteinander verbinden, die Teilnahme sämtlicher Längskanäle bei der Zufuhr des Arbeitsmediums in die Arbeitskammern der Zylinder und bei der Ableitung des verbrauchten Mediums aus ihnen erreicht. Infolgedessen wird beim Arbeitshub des Kolbens die größte Menge des Arbeitsmediums in die Arbeitskammer des Zylinders zugeführt. In diesem Moment ist die Öffnung für die Zufuhr des Arbeitsmediums im Gehäuse am weitesten geöffnet dank der rechnerisch bestimmten Lage der Einlaßöffnung auf der Welle und der Einlaßöffnung im Gehäuse, die den Einlaß in die Arbeitskammer öffnet.

Da die Einlaß-Längskanäle durch Querkanäle verbunden sind, stömt das Arbeitsmedium durch diese Querkanäle aus den anderen Arbeitskanälen gerade in diejenige Öffnung, welche momentan am weitesten geöffnet ist Im nächsten Moment ist diejenige Öffnung am weitesten geöffnet, welche mit der Arbeitskammer eines anderen Zylinderraumes verbunden ist. Auf diese Weise wird zu sämtlichen Kolben der Reihe nach die maximale Druckluftmenge zugeführt, wodurch die Energie des Arbeitsmediums am effektivsten in die Druckkraft der Kolben verwandelt wird, wleche durch die Rollen auf die krummlinige Stirnfläche des wellenförmigen Nockens übertragen wird. Die beschriebene Ausführung des Verteilungssystems bietet die Möglichkeit, ohne Vergrößerung der Durchgangsquerschnitte der Ein- und Auslaßkanäle, die Druckluftzufuhr in diejenigen Arbeitskammern zu steigern, deren Arbeit im gegebenen Moment am effektivsten ist. Dadurch wird die entsprechende Leistungssteigerung des Motors ohne Vergrößerung seiner Abmessungen ermöglicht.

Der kürzere Weg, den die Druckluft bei ihrer Bewegung bis zur Arbeitskammer und von der kurbelseitigen Kammer bis zur Auslaßöffnung zurücklegt, ermöglicht die Verringerung deren Druckverluste und damit die Erhöhung des Wirkungsgrades des Motors.

KLeine Abmessungen des Motors, seine kompakte Form, die dank dem zweckmäßig gewählten Verteilungssystem des Druckmittels erreicht wird, gewährleisten einen geringeren Materialaufwand bei seiner Herstellung.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den Axialkolbenmotor in perspektivischer Darstellung,

Fig.2 einen Längsschnitt des Axialkolbenmotors längs der Schnittlinie II-II in Fi g. 1 mit ungeschnittener Welle und Kolben,

F i g. 3 einen Schnitt des Axialkolbenmotors längs der ίο Schnittlinie I1I-III in Fig. 1,

F i g. 4 einen Querschnitt des Axialkolbenmotors längs der Schnittlinie IV-IV in F i g. 1,

F i g. 5 einen Längsschnitt der Welle des Axialkolbenmotors längs der Schnittlinie V-V in F i g. 4, +5

F i g. 6 einen Querschnitt der Welle des Axialkolbenmotors längs der Schnittlinie VI-VI in F i g. 5,

Fig. 7 einen Querschnitt der Welle des \xialkolbenmotors längs der Schnittlinie VII-VlI in Fig. 5,

F i g. 8 einen Querschnitt der Welle des Axialkolben- so motors längs der Schnittlinie VIII-VIIl in F i g. 5.

Das Gehäuse 1 (Fig. 1) des Axialkolbenmotors besteht aus zwei einstückigen Blockhälften. Im Gehäuse 1 ist eine Welle 2 mit Schlitzen 3 untergebracht, über die die Welle 2 mit den vom Motor angetriebenen Mechanismen verbunden wird. Im Gehäuse 1 ist eine öffnung 4 für die Druckluftzufuhr und eine öffnung 5 für die Ableitung der Abluft ausgeführt. Innerhalb des Gehäuses 1 sind zylindrische Hohlräume 6 (Fig.2) vorgesehen, die von Kolben 7 in eine hintere Arbeitskammer 8 und e^: *-. ,dere Arbeitskammer 9 geteilt sind. Die Achsen der Zylinderräume 6 und der in ihnen gleitenden Kolben 7 sind parallel zur Achse der Welle 2 und gleichweit von ihr entfernt. Die Kolben 7 haben Ausschnitte 10 und sind mit Rollen 11 versehen. Mit der Welle 2 ist ein wellenförmiger Nocken 12 mit beidseitigen Führungsstirnflächen 13 einstückig ausgeführt, auf denen die Rollen 11 anliegen. Die Wellen des Nockens 12 greifen in die Ausschnitte 10 der Kolben 7 ein. Zum Eintritt der Wellen des Nockens 12 bei der Drehung der Welle 2 sind im Gehäuse 1 Nuten 14 vorgesehen.

Zum Einlaß der Druckluft in cäe hintere Arbeitskammer 8 sind im Gehäuse 1 öffnungen 15 ausgeführt Beim Rücklauf des Kolbens 7 dienen die Öffnungen 15 zur Ableitung der Abluft aus der hinteren Arbeitskammer 8. Zur Ableitung der Abluft aus der vorderen Arbeitskammer 9 sind im Gehäuse 1 Öffnungen 16 vorgesehen. Beim Rücklauf des Kolbens 7 dienen die öffnungen 16 zum Einlaß der Druckluft in die vordere Arbeitskammer 9. In der Welle 2 sind in der Zone der öffnung 4 für die Druckluftzufuhr eine Ringnut 17 und in der Zone der Öffnung 5 eine Ringnut 18 zur Ableitung der Druckluft vc-rgesehen.

Die Rollen 11 sind im Körper der Kolben 7 mittels Achsen 19 (F i g. 3) befestigt

Über die gesamte Länge der Welle 2 im Gehäuse 1 sind Längskanäle 20 für die Druckluftzufuhr sowie Öffnungen 21 zum Durchströmen der Druckluft zur vorderen Arbeitskammer 9 durch die Öffnungen 16 vorgesehen. Außerdem sind sich über die gesamte Länge der Welle 2 erstreckende Längskanäle 22 zur Ableitung der abgearbeiteten Druckluft ausgeführt In der Welle 2 befinden sich ferner Öffnungen 23 zur Ableitung der Druckluft aus der Kammer 6 durch die öffnungen 16. Die Abström-Längskanäle 22 für die Abluft sind durch Querkanäle 24 (Fig.4) miteinander verbunden und besitzen öffnungen 25 (Fig. 5) in der Welle 2 zum Ablaß der Druckluft aus der hinteren Arbeitskammer 8 (F i g. 2) durch die öffnungen 15. Die Längskanäle 20 (F i g. 5) für die Druckluftzufuhr sind mit öffnungen 16 in der Welle 2 zum Einlaß der Druckluft in die hintere Arbeitskammer 8 (Fig.3) durch die öffnungen 15 verbunden.

Die Längskanäle 20 für die Druckluftzufuhr sind miteinander durch Querkanäle 27 (Fig.6) verbunden. Die Längskanäle 22 zur Ableitung der Druckluft sind miteinander durch Querkanäle 28 (F i g. 7) verbunden.

Die Längskanäle 20 zum Einlaß der Druckluft sind miteinander durch Querkanäle 29 (F i g. 8) verbunden.

Die Axialkolbenmaschine arbeitet folgenderweise:

Durch die öffnung 4 (F i g. 3) strömt Druckluft in die Ringnut 17 und aus ihr direkt in die Längskanäle 20. In diesen Kanal 20 strömt sie nach beiden Seiten der Welle 2. Über die Öffnungen 21 gelangt die Druckluft aus der Ringnut 17 in die öffnungen 16 im Gehäuse 1. Den Einlaßöffnungen 26 der Welle 2 wird Druckluft durch die Längskanäle 20 zugeführt.

Die in die Kammer 8 des Zylinderraums 6 einströmende Druckluft drückt auf den Kolben 7 und verstellt ihn. Die Druckkraft des Kolbens 7 wird durch die Rolle 11 auf die Führungsstirnfläche 13 des Nockens 12 übertragen und zwingt den Nocken 12 wegen der krummlinigen Form der Oberfläche 13 zur Umkehr. Der größte Zustrom der Druckluft in die hintere Arbeitskammer 8 erfolgt beim maximalen Zusammenfallen der öffnungen 26 für den Drucklufteinlaß in der Welle 2 mit den Öffnungen 15 zum Drucklurteinlaß im Gehäuse 1. In diesem Moment drückt der Kolben 7 durch die Rolle 11 auf den Abschnitt der Führungsfläche 13 des Nockens 12 mit der größten Wellenkrümmung. In diesem Moment ist für eine effektive Arbeit des Kolbens 7 der maximale Zustrom der Druckluft in die hintere Arbeitskammer 8 erforderlich. Man erreicht das durch die gegenseitige Verbindung der Längskanäle 20 in der Welle 2 über die Querkanäle 27 (F i g. 6) im Bereich der

Ringnut 17 (F i g. 5) und über die Querkanäle 29 (F i g. 8) im Bereich der Einlaßöffnungen 26 und 15. Den Einlaßöffnungen 26 in der Welle 2 und den Einlaßöffnungen 15 im Gehäuse 1 wird Druckluft durch alle drei Einlaß-Längskanäle zugeführt, wenn die Öffnungen miteinander maximal zusammenfallen, da sie durch die Einlaß-Querkanäle 27 (F i g. 6) und 29 (F i g. 8) verbunden sind. Dadurch erreicht man die höchste Wirksamkeit der Kraftübertragung durch die Druckluft auf den Kolben 7 (Fig.3) und deren Umwandlung in ein Drehmoment auf der Welle 2.

Aus der vorderen Arbeitskammer 9 wird die Druckluft durch die Abströmöffnungen 16 und 23 zunächst in die Abström-Längskanäle 22 und aus diesen in die Ringnut 18 und durch die Öffnung 5 aus dem

Motor hinausgeführt.

Die Verbindung der Längskanäle 22 durch die Querkanäle 24 (Fig.4) und 28 (Fig.7) erleichtert ein möglichst vollständiges Abströmen der Abluft durch die Öffnungen 16 und 23 im Moment ihres größten Zusammenfallens.

Der praktische Vorzug des im erfindungsgemäßen Motor angewandten Luftverteilungssystems äußert sich darin, daß der Übergang zu dessen Verwendung eine Leistungssteigerung der Axialkolbenmotoren um 66% bei unveränderten Abmessungen des Luftverteilers und gleichzeitiger Herabsetzung des spezifischen Druckluftverbrauchs um 12% infolge der verminderten Druckverluste im Luftverteiler bewirkt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Axialkolbenmotor, in dessen Gehäuse zylindrische Hohlräume ausgeführt sind, deren Achsen parallel zur Wellenachse und in gleichem Abstand von ihr verlaufen, wobei in jedem Hohlraum ein doppelwirkender Kolben untergebracht ist, in welchem mindestens eine Rolle sitzt, die mit einem auf der Welle befestigten wellenförmigen Nocken zusammenwirkt, in welcher Längskanäle für die Zufuhr des Arbeitsmediums und Kanäle zur Ableitung des Arbeitsmediums sowie Öffnungen ausgeführt sind, welche die Kanäle für die Zufuhr des Arbeitsmediums mit den Zylinderräumen verbinden, und Öffnungen, welche die Längskanäle zur Ableitung des Arbeitsmediums mit Zyünderräumen verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (2) eine Ringnut (17) für die Zufuhr des Arbeitsmediums an einer Seite eines wellenförmigen Nockens (12) aufweist, die mit Längskanälen (20) für die Zufuhr des Arbeitsmediums verbunden ist und in deren Bereich die Längskanäle (20) verbindende Querkanäle (27) verlaufen, sowie eine Ringnut (18) zur Ableitung des Arbeitsmediums an der anderen Seite des wellenförmigen Nockens (12) besitzt, die mit Abström-Längskanälen (22) verbunden ist und in deren Bereich die Abström-Längskanäle (22) miteinander verbindende Querkanäle (28) verlaufen, wobei die Längskanäle (20) miteinander durch Querkanäle (29) in der Zone von öffnungen (25,26) der Welle (2) neben der Ringnut (18) zur Ableitung des Arbeitsmediums verbunden sind, während die Abström-Längskanäle (22) miteinander durch Querkanäle (24) in der Zone von Öffnungen (21, 23) der Welle (2) neben der Ringnut (17) für die Zufuhr des Arbeitsmediums verbunden sind.