DE3041367A1 - Kolben und h-foermige kolbenschuhe in radialkolbenaggregaten - Google Patents

Description

Anmelder : Dr.Richard Breinlich

Felsenkellerweg 1 712 Bietigheim/Bissingen.

Erfinder: Karl Eickmann

2420Isshiki, Hayama-machi Kanagawa-ken, Japan

Kolben und H-foermige Kolbenschuhe in Radialkolbenaggregaten.

Die Erfindung betrifft die Ausbildung des Kolbens zur Aufnahme und schwenkabren Lagerung eines H-foremigen Kolbenschuhes· Die H - foermigen, auch eintauchende oder tieftauchenden Kolbenschuhe genannt, sond aus meinen Patentschriften 1,403,748; 1,302,469 ; 25 00 779 und 25 01 158 bekannt. Aus diesen Patentschriften kennt man auch den Rotor mit seinen Radialstegen, an deren ^ylinderte Iflaechen die Kolben gefuehrt sind und das radiale Einwaerts Vorbeigleiten der Kolbenschuh-Seitenteile an dem Aussendurchmesser der rRotorstege vorbei radial nach innen. Daraus ergab sich der lange Kolbenhub dieser Aggregate bei gegebener Bauabmessung. Der Kolbenschuh ist mit einem Schwenkgelenk im Kolben gelagert. Bei der bekannten Ausfhuehrung blieben die radial aeusseren Kanten des Kolben aber noch radial innerhalb der seitlichen Fuehrungsteile des H-foermigen Kolbenschuhes.

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- V f.

Fuer Aggregate mit langen Kolbenhueben, soweit die Huebe pro gegebenem Innendurchmesser der Kolbenhubfuehrung nicht allzu lang waren, also insbesondere bei Pum^pen, hat sich die Ausfuehrung nach den bekannten Patentschriften bestens in der Praxis bewaehrt.

Durch die gegenwaertige Erfindung wird erkannt, dass derartige Aggregate insbesondere als Motoren neue Anwendungsgebiete erschliessen koennen, bei denen die Rotoren der Motoren zum Beispiel auch gleichzeitig treiben und tragen koennen. Die Verwendung der Aggregate als Motoren hat daher zugenommen. Bei Motoren aber ist ein grosser Relativkolbenhub von hoher Wichtigkeit, um ein hohes Drehmoment bei kleiner Abmessung des Motors zu erhalten .

Der Innendurchmesser der Kolbenhubfuehrung, also der

Durchmesser der Kolbenhubfuehrungsflaeche wird mit "da" bezeichnet und der Kolbenhub mit "S" (stroke), wobei der Kolbenhub pro halber Rotorumdrehung S -2e ist mit "e" Kxzentrizitaet zwischen Rotorachse und Achse der Kolbenhubfuehrungsflaeche(n). Fuer hohen Wirkungsgrad des Motors und grosses Drehmoment des Motors muss daher ein hohes Hubverhaeltnis "S/da" angestrebt werden. In der Pumpe auch, doch ist in der Pumpe der Wirkungsgrad nicht so wichtig und das Hubverhaeltnis nicht so wichtig, wie im Motor.

Denn die Pumpe kann auch bei geringerem Wirkungsgrade arbeiten, waehrend

! fuor den Motor ein guter Wirkungsgrad und hohes Drehmoment pro gegebener

: Reibverhaeltnisse unerlaesslich ist.

Fuer das grosse HubverhaeLtnis "S/da"benoetigt man eine gute Fuehrung der Kolben. In modernen Motoren nach der Erfindung ist das Hubverliaeltnis mindestens 0,12; oft aber auch o,20, was bedeutet, dass der

! Kolbenhub 12 bis 20 Prozent des Fuehrungsdurchmessers "da" erreicht. In

* Sonderausfuehrungen auch einen noch hoeheren Prozentsatz. Parallel zum

: Hubverhaeltnis ist die relative Ausschwenkgroesse (Schwenkwinkel) des

Kolbenschuhes am Kolben oder im Kolben. Der mit steigendem Hubverhaeltnis steigende Ausschwenkwinkel des Kolbenschuhes steigert die Kraftkomponente ' in Umlauf richtung. Diese Kraftkomponente in Umlaufrichtung ist besonders

: in Motoren zur Erzeugung des Drehmomentes.erwuenscht. Die Folge der

j gesteigerten Kraftkomponente in Umlaufrichtung und damit des Drehmo-

mentes hat aber einen verstaerkten Druck der Kolbenaussenflaeche auf den betreffenden Teil der Zylinderwand oder der Gleitflaeche des Rotorsteges

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zur Folge. Es ist daher das Ziel der Erfindung, eine verbesserte Fuehrung des Kolbens zur Steigerung der rationellen Gleitfaehigkeit des Kolbens an ■ dem betreffendem Teil der Gleitflaeche der Zylinderwand oder des Rotorsteges zu schaffen.

Das Ziel der Erfindung wird dadurch erreicht, dass die radial aeusseren Kolbenteile so weit nach radial aussen verlaengert werden, dass sie an dem Innendurchmesser der seitlichen Fuehrungsteile des Kolbenschuhes vorbei radial nach aussen ragen. Dadurch ist die Aussenflaeche des Kolbens radial nach aussen verlaengert, sodass eine laengere Auflageflaeche des Kolbens auf seiner Fuehrungsflaeche im Zylinder und am Rotorsteg entsteht. Die groessere Flaeche laesst eine groessere Tragkraft fuer die Kraftkomponente in Umlaufrichtung und damit eine groessere derartige Kraftkomponente und groesseres Drehmoment zu.

Noch vollendeter kann das Erfindungsziel dadurch erreicht werden, dass man in dem so radial verlaengertem Kolbenteil eine Druckfluidtasche in Umlauf richtung etwa in der Radialhohe des Schwenkpunktes oder der Schwenkachse anordnet und die erfindungsgemaesse Radialverlaengerung der radial erstreckten Kolbenteile bis ueber die Aussen-gleitflaeche des Kolbenschuhes hinaus verlaengert. Dadurch erreicht man den Angriff der Drehmomentenkraft am langem Hebelarm und mittels einer Druckfluidsaeule anstelle mechanischer Reibung. Als weiterer Vorteil kann dabei eine Verei nfachung der Herstellung des Kolbens, des Kolbenschuhes und des Schwenkgelenkes zwischen Kolben und Kolbenschuh entstehen.

So erreicht die Erfindung einen Anstellwinkel des Kolbenschuhes zur Kolbenhubfuehrung, der mindestens gleich gross zu Axialkolbenmotoren mit Schraegscheiben und Massivkolben ist. Der Radialkolbenmotor der Erfindung wird also den genannten Axialkolbenmotor im Drehmoment pro Baugroesse

und im Drehmoment pro Reibteilen mindestens ebenbuertig. Gleichzeitig ist im Motor aber die Verkantungstendenz der Kolben in den genannten Axialkolbenaggregaten ausgeschaltet, da der Kolben waehrend des ganzen Hubes in der Erfindung voll gefuehrt bleibt. Infolge der dadurch verringerten Verkantungsgefahr und Verminderung der Kolbenreibung durch die Druckfluidtasche bei gleich grossem Hubverhaeltn is wird der Radialkolbenmotor der Erfindung dem genanntem flxialkolbenmotor gegenueber prinzipiell im Wirkungsgrad und der Leistung ueberlegen. Ausserdem erreicht der erfindungsgemaesse Motor diese Ziele bei sehr geringem Gewicht. Zum Beispiel sind etwa 100 PS im Motor der Erfindung bei unter 12 Kg. Gewicht des Motors moeglich.

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^üi ORIGINAL" INSPECTED

Die Erfindung betrifft daher eine Kolben-Kolbenschuh - Anordnung in einer Radialkolbenmaschine mit H-foermigem Kolbenschuh, Radialstegen mit verlaengerten Zyiinderteilflaechen zur Fuehrung der Kolben am Rotor, schwenkbarer Lagerung des Kolbenschuhschwenktevles an einem Lagerbett im Kolben und an den Kolbenschuhzentralsteg oberhalb des Schwenkteiles heran= reichenden Schlitzen zwischen den seitlichen Fuehrungsteilen des Kolbenschuhes,

worin die den Schw/wikteil des Kolbenschuhes stellenweise berueh =

renden radial aeusseren Kolbenarme an der Schwenkauflage und an den Innen= flaechen der Fuehrungsteile der Kolbenschuhe vorbei radial nach aussen erstreckt sind.

Nach bevorzugten Vervollkommnungen der Erfindung ist .in Umlauf richtung mindestens eine Druckfluidtasche in der Aussenflaeche des Kolbens angeordnet und ueber einen Kanal und eine Steuerkante zeitweilig mit Druckfluid beaufschlagt und / oder die genannten Kolbenarme auch ueber die Aussenflaeche des Kolbenschuhes hinaus verlaengert, wobei

zwischen den Kolbenarmen oberhalb eines Teiles des Kolbenschuhes eine Halterung zur Vermeidung des Herausfallens des Kolbenschuhes aus dem Kolben angeordnet sein kann.

Eine weitere Vervollkommnung der Erfindung kann darin bestehen, dass die Schwenkauflage 180 Grad Winkel um oLqs Schwenkzentrum nicht uebersteigt .

Bei der Ausfuehrung nach der letztgenannten Vervollkommnung ist es moeglich, die Schwenkflaechen im Kolben und am Kolbenschuh bei Spannung einer Serie der Teile auf einer gemeinsamen Achse gemeinsam zu schleifen oder sachgemaess zu be arbeiten, wodurch die bisherige Einzelbe = arbeitung ueberwunden werden und eine Serie von Kolben - und Kolbenschuh = Schwenkflaechen gemeinsam bearbeitet werden kann.

Die technische und fabrikationsmaessige Ausbildung nach der Erfindung kann anhand verschiedener Ausfuehrungsbeispiele vorgenommen werden.

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Bei der'letztgenannten Vervollkommnung greifen die genannten Kolbenarme durch die Schlitze zwischen den Seitenteilen des Kolbenschuhes hindurch und radial am Kolbenschuhzentralsteg vorbei radial nach aussen.

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Die erfindungsgemaesse Radialverlaengerung der Kolbenarme kann gleichzeitig mittels der Umgreufung oder Beruehrung von Kolbenschuhteilen die Verdrehung des Kolbens um seine Achse und damit relativ zum Kolbenschuh bewirken, also selbsttaetige Verdrehungsarrettierung be = wirken, Dadurch wird gesichert, dass die Druckfluidtaschen im Kolben immer in richtigen Lage bleibt und die Kraft aus ihr immer etwa in Richtung der Rotordrehung, also des Drehmomentes wirksam bleibt.

Bei Verlaengerung der Kolbenarme ueber die Aussenflaeche des Kolbenschuhes hinaus koennen die Kolbenarmenden in die Ringnut in der Kolbenhubfuehrung eingreifen. Die letztere ist in der genannten Patentschrift 1 402 369 ersichtlich und eine radial weiter innen, also nicht in Hohe des Schwenkzentrums angeordnete Druckfluidtasche kann man in der Patentschrift 1,453,433 finden.

Radialkolbenaggregate mit aeusseren, also nicht eintauchenden, nicht H-foermigen, Kolbenschuhen; zum Beispiel solchen nach der deutschen Patentschrift 2 307 997 , koennen keinen grossen Kolbenhub erreichen und sind daher als Motoren nicht rationell. Auch laesst deren Ausbildung die Verlaengerung der Kolbenarme ueber die Aussenflaeche des Kolbenschuhes nicht zu, da derartige Kolbenschuhe keine Η-Form haben und ihnen daher der Schlitz fehlt, durch den die Kolbenarme hindurch zu ragen haetten.

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ORIGINAL INSPECTED

Figur 1 ist eine Ansicht eines Kolbenschuhes nach einem Beispiel der Erfindung und zeigt rechts daneben die Schnittfigur entlang der Schnittlinie A-A .

Figur 2 zeigt den Schuh der linken Figur in Figur 1 von oben gesehen.

Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemaessen Kolbenschuh mit anderer Lage und Ausbildung des Schwenkteiles.

Figur 4 ist ein Laengsschnitt durch einen. Oberteil eines Kolbens mit Figur 5 dessen Ansicht zeigenden Figur 4 von rechts gesehen. Beide Figuren zeigen eine Ausfuehrungsform des Kolbens der Erfindung.

Figur 6 zeigt einen Laengsschnitt durch ein anderes Kolbenkopfbeispiel.

Figur 7 zeigt Schnitte durch weitere Ausbildungsbeispiele des Kolben Oberteiles.

Figur 8 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil ,insbesondere den Rotor und die Kolbenhubfuehrung eines Aggregates der Erfindung mit eingebauten Kolben und Kolbenschuhen in Querschnitten.

Figur 9 zeigt das gleiche, wie Figur 8,jedoch mit anderen eingebauten Kolben und Kolbenschuh Beispielen nach der Erfindung.

Figur 10 zeigt einen Querschnitt durch ein Teil eines Erfindungsaggregates mit eingebauten anderen Beispielen von Kolben und Schuh, wobei die linke Figur ein Schnitt durch die rechte ist.

Figur 11 zeigt den Kolbender Figur 10 separiert ind Schnitten und Ansicht.

Figur 12 zeigt, wieder Kolben bisher nach den eingangs genannten Patentschriften ausgefuehrt war.

Figur 13 zeigt die Ansicht einer Spannplatte dafuer von oben und Figur 17 zeigt diese Platte der Figur 13 im Schnitt.

Figur 14 zeigt Schnitte durch einen Teil eines Aggregates der Erfindung mit eingebautem Kolben und Kolbenschuh Ausfuehrungsbeispiel.

Figur 15 zeigt den Kolben eines anderen Ausfuehrungsbeispieles in Schnitten und in einer Ansicht.

Figur 16 zeigt den dazu passenden Kolbenschuh als Ausfuehrungsbeispiel der Erfindung in Schnitten. ■

Figur 18 zeigt Schnitte durch einen Teil des Aggregates, wie die Figur sie zeigt ₍ jedoch den Kolben und Schuh der Figuren 15,16 eingebaut.

Figur 19 zeigt Schnitte durch ein weiteres Beispiel der Kolbenoberteil Ausbildung der Erfindung, und

Figur 20 ist pin Diagramm, in dem alle Funktionen und Werte ueber dem Rotorumlauf winkel alpha eingetragen sind.

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In Figur 1 hat der Kolbenschuh der Erfindung nach diesem Ausfuehrungsbeispiel die Schwenkachse 22 um die die Schwenkwalze 12 ausgebildet ist,wobei sich mit gleichbleibendem Radius die Lagerflaeche 23 ausbildet, endwaerts der Schwenkwalze 12 koennen Radialstuetzen 113 ausgebildet sein. Oben aussen hat man die seitlichen Fuehrungsteile 13 mit den Endflaechen 18, den inneren Zugfuehrungsflaechen 17 und der aeusseren Gleitflaeche 16. Die inneren Flaechen 17 koennen bei Motoren oder Pumpen ohne Selbstansaugebetrieb gelegentlich fortgelassen werden. Die Figur 2 befindet sich unter der linken Figur 1 und eerklaert diese weiter. Sie zeigt die Ansicht auf den

Schuh von oben und daher ist in ihr die "Η-Form" des eintauchenden oder tief tauchenden Kolbenschuhes sichtbar. Zwischen den seitlichen Fuehrungs teilen 14 sieht man die bis an den Kolbenschuhzentralsteg 12 heranreichenden Schlitze 93 zwischen den Aussenschenkeln des "H". In der Praxis wird dieser Kolbenschuh der eintauchende oder tief tauchende Kolbenschuh genannt, weil seine Aussenflaeche bis zum Aussendurchmesser der Rotorstege in den Rotor eintaucht (eintauchender Schuh) oder die Aussenflaeche 16 am Aussendurchmesser der Rotorstege radial nach innen vorbei in die abgedrehten Rotorteile tief eintaucht (tieftachuchender Kolbenschuh. In der Patentamtssprache heissen die eintauchenden und tieftauchenden Kolbenschuhe "H-formige Kolbenschuhe" wie sich aus den eingans erwaehnten Patentschriften

•κ+ Die Ißter-fiteclte. 2i hvt oi*n Radius &<?umetie Scltwenkntif* 12. SieKoihtuü'kse t'rfNr· Ί01, ergiDt. *

Ein Vorteil des KoLbenschuhes der Figur 1 besteht darin, dass die Schwenkachse hoch oben liegt, wodurch die Drehmomenten -Angriff skraft im Motor relativ weit nach radial aussen zu liegen kommt,wodurch der Motor ein entsprechend hohes Drehmoment erzielt mit Kraftangriff an langem Hebelarm.

Ein weiterer Vorteil dieses Ausfuehrungsbeispiels der

Erfindung ist, dass der Kolbenschuh einfach herstellbar und billig ist. Denn die Schlitze 93 und die Lagerf Laeche 23 kann man mit der Drehbank beim ] Einspannen an den Enden der Schwenkachse 22 einfach herstellen.

Im Ausfuehrungsbeispiel der Figur 3 hat die Schwenkwalze 20, deren Schwenkachse 22 hier etwas tiefer liegen kann, die Ausnehmungen 19, die dazu dienen,dass die Arrettierungen 96 des Kolbens 3 der Figur 4 in die Ausnehmungen 19 eingreifen koennen und die Arrettierer 96 dabei den Kolbenschuh der Figur 3 gegen Herausfallen aus dem Kolbender Figur 4 sichern. Die Ausnehmungen 19 sind so bemessen, dass trotz der Arretierstifte 96 die Schwenkbewegung ungestoert erfolgen kann. Der Kolbenschuh Zentralsteg. 21 ist in Figur 3 auch sichtbar.

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In den Figuren 4 und 5 hat das Oberteil des Kolbens 3 das Sehwenkbett 4 mit der Lagerflaeche 6 zur Aufnahme des Schwenkteiles 20 des Kolbenschuhes und zur Lagerung der Schwenkf laeche 23 auf der Lagerbettflaeche 6. Entsprechend der Erfindung ist die Lagerbettflaeche 6 nur etwa 180 Grad ausgebildet, 180 Grad um die Schwenkachse 22, sodass man den Vorteil hat, dass die Flaeche 6 mit einfachen Radiusfraesern oder Schleifscheiben hergestellt werden kann. Als weiterer Vorteil der Erfindung sind die Kolbenarme 1 und 2 vom Kolben 3

das Lagerbett beruehrend, radial nach aussen erstreckt. Sie koennen so weit radial nach aussen verlaengert sein, dass sie nach Einsetzen des Kolbenschuhes in das Sehwenkbett 4 radial ueber die Aussenflaeche 16 des KoLbensc-huhes herausragen. In Figur 5 sieht man noch, dass die Kolbenarme 1 ,2 so schmal sein muessen, dass sie in die Schlitze 93,91· der

. tauchenden Kolbenschuhe eingreifen oder durch diese hindurchgreifen

■ koennen. Wenn die Innenflaeche 17 des Kolbenschuhes eine nicht ge-

zeichntete Ausnehmung hat, kann die Armbreite der Arme 1 ,2 jedoch auch breiter, als der Schlitz 93,94 sein.

ι Die Kolbenarme 1 ,2 sind ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung.

Denn sie bilden eine lange Kolbenfuehrungsteilflaeche, die radial ueber das Schwenkzentru m 22 nach aussen reicht. Ausserdem ist es durch die Ausbildung des Bettes 4 und der Arme 1,2 nach diesen Figuren, moeglich,

. den Kolbenschuh 12,20, radial von aussen her in den Kolben hereinzulegen.

! Das war bei dem bisherigem Stande der Technik nicht moeglich, denn

bisher musste der Kolbenschuh eine Schwenkwalzen Lagerflaeche (23) von mehr, als 180 Grad Umgreifungswinkel haben, die Lagerbettflaeche (6) um mehr als 180 Grad ausgebildet sein und das Schwenkwalzenteil 12,20,

teilweise umgreifen, wodurch ein Hereinlagen des Kolbenschuhes in das i

Bett 4 hinein unmoeglich war und die Kolbenschuhschwenkwalze von der

! Seite her und entlang der Schwenkachse 22 in das Lagerbett im Kolben

hereingeschoben werden musste.

j Im uebrigen sieht man, wie bereits beschrieben, dass die

Haltestifte oder Arrettierer 96 im Kolbenoberteil angeordnet werden koennen, um in die Ausnehmungen 19 des Kolbenschuhes einzugreifen oder den Kolbenschuh anderartig gegen Herausfallen aus dem Sehwenkbett 4 zu

: In Figur 6 ist gezeigt, dass der Stift (die Stifte) 7

j so hoch im Kolbenoberteil angeordnet werden kann, dass dieser oberhalb

der Gleitflaeche 16 des Kolbenschuhes liegt, wenn der Kolbenschuh 12,20

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in das Lagerbett 4 im Kolben 3 eingesetzt ist.

In den Figuren 4 und 6 zeigt das Bezugszeichen 5 den vom Lagerbett 4 radial nach aussen erstreckten Schlitz, der zusammen mit dem Lagerbett 4 den Vorteil hat, dass diese Teile zusammen mit der Schwenklagerbettflaeche 6 bearbeitet werden koennen. Auch das ist ein wichtiger Vorteil der Erfindung. Bei der bisherigen Ausfuehrung des Kolbens nach der Figur 12 musste jede Schwenklagerflaeche 6 jedes einzelnen Kolbens einzeln eingespannt, geschliffen und gemessen werden. Bei dem Kolben nach der Erfindung ist es jedoch moeglich, eine grosse Anzahl Kolben 3 mit allen Schwenkachsen 22 in eine gemeinsame Schwenkachse zu spannen und die Schwenklagerbettflaechen 6 der Kolbenserie gemeinsam mit Formfraeser zu fraesen und nach dem Haerten des KoLbens gemeinsam mit Form-Radiusschleifscheibe auf der Flaechenschleifmaschine zu schleifen. Dadurch faellt die Einzelbearbeitung weg und ebenfalls ist kein Messen mehr erforderlich. Die Bearbeitungszeit ist dadurch derartig verkuerzt, dass der Kolben um vieles Billiger wird, als der der Vortechnik war und nur noch einen Bruchteil des Kolbetts der Vortechnik kostet.

In Figur 7 ist gezeigt, dass man auch auf den Arrettierstift 96 verzichten kann, wenn man die Kolbenarme 1,2, wie in Figur 7 links gezeigt , mit Fortsaetzen 8 versieht, die man, wie Figur 7 rechts und unten zeigt, nach dem Einsetzen des Kolbenschuhes in das Lagerbett 4 umbiegt, wie in der rechten und unteren Figur 7 gezeigt. Die Ecken 8 oder Fortsaetze 8 erfuellen dann die Funktion des Haltestiftes 96 der Figur 4,5 · Bei dieser einteiligen Kolbenausfuehrung ist verhindert, dass die Stifte 96 sich loesen koennten.

In den wichtigen Figuren 8 und 9 sieht man einen Teil des Rotors 24 im Radialschnitt mit zwei Zylindern 25,26. Die Rotorachse ist ITUt¹¹C bezeichnet. Centreachsis. Mit "e" ist die Achse (Mittellinie) der Kolbenhubfuehrung 35 bezeichnet. Eccentreaxis. Dazwischen ist die Exzentrizitaet "e" ausgebildet und der Kolbenhub pro Umdrehung des Rotors ist "S = 2 e", wie bereits beschrieben.Die Kolben 53,63 laufen in den Zylindern in bekannterweise radial auswaerts und einwaerts, wobei sie den Kolbenhub "S= Stroke" ausfuehren. Die aeusseren Gleitflaechen 16 der Kolbenschuhe 12,20 gleiten an der Innenflaeche 27 des Kolbenhubringes 35 in der aus den eingangs erwaehnten Patentschriften bekannten Weise.Der Kolbenhubring hat bei tieftauch enden Kolbenschuhen im Aggregat

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die ebenfalls aus den genannten Patenten bekannte Ringnut 34 _r die die Kolbenhubfuehrungsflaeche 27 durchbricht und dabei zweitejflt und die sich radial von innen her in den Kolbenhubring 35 herein erstreckt. Die Innenflaeche (n) 27 ist die wichtige Kolbenhubfuehrungsflaeche, die den Innendurchmesser "da" hat, sodass man aus 2e * S"und "da" das eingangs beschriebene Hubverhaeltnis "S/da" als wichtige Leistungsund Wirkungsgrad - Kenngroesse des Aggregates erhalten kann.

Der Aussendurchmesser der Rotorstege ist mit Ziffer 29 gekennzeichnet und die Figur 8 zeigt den Rotorumlaufwinkel alpha" zwischen der Nullebene und der Radialachse des betreffenden Zylinders und Kolbens. Auf diesem Winkel alpha beruhen die Daten des Diagrammes der Figur 20.

In den Figuren sind auch die Schlitze 5, sowie die

Kolbenarme 1 und 2 zu sehen und, wie die Kolbenschuhe mit dem betreffendem Kolbenschuhzentralsteg in den Schlitzen 5 des Kolbens schwenken. Der Winkel"gamma'zeigt die Ausschwenkung der betreffenden Kolbenschuhe aus der Normallage und dieser Winkel erscheint ebenfalls im Diagramm der Figur 20. In den Figuren 8 und 9 ist noch ersichtlich, dass die erfindungsgemaessen Kolbenarme 1 und 2 in die Ringnut 34 des Kolbenhubringes 35 eingreifen. Der Kolbenhubring 35 kann auch ein Teil des Gehaeuses sein oder als Gehaeuseteile mit der Kolbenhubflaeche 17 ausgebildet sein, damit der KoLbenhubring 35 eingespart werden kann.

Uebrigens zeigen diese beiden Figuren die lange Fuehrung der Kolben zwischen den Rotorradialstegen und im Rotor. In der Figur 8 sind die Kolbenschuhe der Figuren 1 ,2 eingebaut und in Figur 9 die Kolbenschuhe der Figur 3 mit ihren zugehoerigen Kolben. In die Zeichnungen sind die international verbreiteten Benennungen "Piston" fuer Kolben, "Shoe" fuer Kolbenschuh) "Groove" fuer Ringnut und "Actuator" fuer Kolbenhubfuehrung eingetragen.

Der Kolbenschuh der Figur 109 entspricht im Wesentlichem dem der Figur 3, jedoch ohne die Ausnehmungen 19. Die Halterung fuer den Kolbenschuh 21 im Kolben 73 wird hier durch einen selbst spannenden Plattenteil, die Spannplatte 9 bewirkt, die in entsprechenden Schlitzen 77 in den Kolbenarmen 1,2 selbsthaltend angeo dnet ist. Diese Spannplatte 9 ist in den Figuren 13 und 17 separiert noch einmal dargestellt. Sie hat den Spannbogen 78 zwischen den Halteenden 79. Figur 13 zeigt, dass die Enden 79 seitlich einer Ausnehmung vorstehen, wobei die Enden 79 die Teile 101 ,102 des Kolbens der Figur 11 umgreifen

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so dass die Spannplatte 9 sich realtiv zu den Kolbenarmen 1,2 nicht verdrehen kann. Die Enden zwischen den Teilen 79 greifen in die Nuten der Arme 1,2, der Kolben 3 der Figur 11 ein, wie auch in Figur 10 gezeigt ist. Das zeigt auch die Figur 10 links. Die Ausbauchung 78 kann vorgesehen sein, um mittels Platte 9 den Kolbenschuh fest auf die Schwenk= bettflaeche 6 zu druecken und dabei der Aussenflaeche des Kolbenschuhes bei der Schwenkbewegung geschmeidig zu folgen.

In den Figurenteilen der Figur 10 sieht man den Kolben 73

im Zylinder 26 des Rotors 24. Der linke Teil der Figur ist ein Schnitt durch den rechten Teil der Figur entlang der Schnittlinie, wodurch deutlich wird, wie die Kolbenarme 1 ,2 und die sonstigen Teile zwischen den Rotor= ί Radialstegen 124 liegen.

Die Figur 11 zeigt den Kolben der Figur 10 in separierten Zeich= nungen, jedoch im Masstab, wie dem der Figuren 14 bis 18, damit die . Kolben miteinander vergleichbar sind. Die jetzige Beschreibung der Figur

' sollte daher auch fuer die Fi gur 11 gelten und mit ihr zusammen gelesen

werden. Die wichtigen Teile der Kolbenhubfuehrung, wie 27,34,35 sind auch in Figur 10 zu sehen und ebenso der Schlitz 5 zwischen den Kolben = armen 1 und 2.

Als erfindungsgemaesse Besonderheit haben die Kolben der

j jetzt beschriebenen Figuren etwa in Radialhohe des Schwenkzentrums

( die Druckfluidtaschensaetze 54,55 und / oder 71 ,72, die von aussen

her in die Kolbenaussenflaeche und Aussenteile eingearbeitet sind. Die Kanaele 51 und 56,66 sind im Prinzip aus der eingangs erwaehnten Patentschrift 1,453,433 bekannt, aus der auch die Steuerkanten, die die Steuernuten 60,59 in dem Schwenkteil des Kolbenschuhes begrenzen_/ bekannt sind. Die Steuernuten 59,60 beaufschlagen und steuern die Beaufschlagung der Kanaele 56,66 und damit der Druckfluid-Taschen ι 54 und 55- Diese Beaufschlagung erfolgt periodisch wechselnd bei jedem

j Umlauf des Rotors. Die Besonderheit nach dieser Erfindung besteht darin,

dass die Druckfluidtasehen 54,55 aufgrund der erfindungsgemaessen Anordnung der Kolbenarme 1,2, jetzt erfindungsgemaess in radialer

Hoehe des Schwenkzentrums 22 angeordnet sind. Waehrend sie beider Vortechnik zu tief radial innen lagen und dort nicht gut wirksam werden konnten. Sie lagen ausserfialb der aktuellen Angriffs Kraftkomponente und verkanteten die Kolben mehr, als sie sie mit Druckfluid

■ entlasteten.

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j Aus der Kurve Ft der Figur 20 ist ersichtlich, dass die Last des

Kolbens in Um lauf richtung, als in Drehmomentrichtung (oder entgegengesetzt gerichtet dazu) mit dem Umlaufwinkel"alpha'des Rotors zunimmt und abnimmt. Daher muesste, wie die Erfindung erkennt, eigentlich ein Druckfluidfeld, Druckfluidtasche, 54,55 mit Veraenderbarkeit des Querschnittes angeordnet werden, wenn das Druckfluidfeld die Tangen— tiallast immer richtig aufnehmen soll. Eine stufenlos veraenderlichtund gesteuerte Veraenderung der Querschnitte der Druckfluidtaschen 54, 5 5 ist jedoch schwierig und teuer. Daher ist im Ausfuehrungsbeispiel der Figur dieser Erfindung eine stufenweise Beaufschlagung mehrerer Druckfluidtaschen mit Anpassung an die Funktion "Ft" der Figur 20 angeordnet.

Wenn der Kolben in Figur 10 auswaerts gleitet und die Schwenkbewegung des Kolbenschuhschwenkteiles um 22 so weit fortgeschritten ist, dass die obere Kante der Wand des Steuerkanals 59 die Kanalbohrung 56 freizugeben beginnt, ist zunaechst nur die Druckfluidtasche 56 ueber den Steuerschlitz 59 mit der Druckleitung 51 zum Zylinder 26 verbunden. In diesem Zustande ist die Druckfluidtasche 55 dem Druckfluid zugeschaltet. Sobald die Auswaertsbewegung des Kolbens (z.B. 3,73) analog den Daten der Figur 20 fortschreitet, ueberlaeuft die radial aeussere Wand der j Druckfluidtasche 55,54 die in der Rotorwand angeordnete Verbindungs-

■ tasche 75,74-, wodurch die Verbindung des Druckfluids im Zylinder 26

mit der zugeschalteten Verbindungstasche 74 oder 75 entsteht. Nunmehr wirkt /,usaetzlich zu dem Querschnitt der Druckfluidtasche 54 oder 55 auch noch

' der Querschnitt der Verbindungstasche 74 oder 75 auf die Kolbenwand und

ι die Zylinderwand als Kraftpostori in Drehmomentrichtung oder umgekehrt

dazu. Es erfolgte also eine stufenweise Vergroesserung des Druckfluid j feldes in Umlaufrichtung (Drehmomentangriffsrichtung) in analogy zur

Kolben Radialbewegung und zu den Daten der Figur 20. Bei noch weiterer radialer Auswaertsbewegung verbinden die Druckfluid Verbindungstaschen 74 oder 75 sich mit den weiteren Druckfluidtaschen 72 oder 71 in der Aussenflaeche des betreffenden Kolbens, zum Beispiel 73. Diese Lage ist in Figur 10 rechts gezeichnet. Dieses ist die dritte Stufe der Druckfluidlasohen Zuschaltung in Drehmomentrichtung oder entgegengesetzt dazu. Jetzt ist die g roes sie Quersohiüttssumme der Druckfluidtaschen in Drehmomentrichtu« g erreicht. Das geschieht in der Lage, in der die Tangentialkraft (Drehmomentkomponente) Ft in Figur 20 am groessten ist. Beim Einwaertslauf des Kolbens schalten die Druckfluidtaschen in

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umgekehrter Reihenfolge nacheinander ab. Bei der zweiten Haelfte der beti'effenden Rotorumdrehung steuert die Kante des Steüersohlitzes 60 die Druckfluidtaschen an der gegenueberliegenden Haelfte des Kolbens und die Steuertasche 59 schaltet die diesseitige, vorher besc/ir/eMie. Seite des Kolbens von der Bea.ufschlagung der betreffenden Druckfluid= Taschen mit Druckfluid ab. Die Taschen werden dann mit dem Niederdruck Bereich des Aggregates stufenweise nacheinander verbunden und abge=

Die obere Figur der Figur 10 zeigt einen Laengs —

schnitt durch den Kolbenschuh, wie er sich aus dem Schnitt durch die Mittelachse achse des Kolbens bzw. Schuhes der unteren Figur der Figur 10 ergibt. Beachtenswert ist in der oberen Figur, dass diese den Kolbenschuh im 1:1 Masstab der 1979 iger, 1980 Produktion zeigt. Die Steuertaschen 59,60 sieht man strichliert, da sie hinter der Schnittflaeche liegen und vor ihr. Die Ausnehmungen 57 verbinden die Steuertaschen, die gleichzeitig Druckfluid Entlastungstaschen sind. Die Kanaele 58 leiten das Druckfluid in die j Druckfluidtaschen 61,62 in der Aussenflaeche, der Gleitflaeche des

j Kolbenschuhes, also in der Gleitflaeche 16, die an der Gleitflaeche

! (den Gleitflaechen ) 27 der Kolbenhubfuehrung 35 gleiten. Beachtens=

; wert ist, dass die Taschen 61 ,62 teilweise radial oberhalb des Schwenk=

! tei les 20 liegen, wodurch die Schwenkwalze 20 eine Radialstuetze fuer

die Druckfluidtaschen 61 ,62 bildet und auch fuer die die genannten Taschen '■_ umgebenden Dichtflaechenteile der Gleitflaeche 16. In Figur 1 1

j sieht man den Kolben in einzelner Darstellung in Schnitten und in einer

j Ansicht und zwar in dem Masstab, der die Daten der Figur 20 ergibt.

j Figur 12 zeigt einen Querschnitt durch den Kolben der

Vortechnik, wie aus den einganjj erwaehnten Patentschriften des Anmelders oder des Erfinders bekannt. Da die Boeden der Kolben der Figuren 11 und 12 auf gleicher Ebene stehen, sieht man hier deutlich, dass der Kolben der Vortechnik oben viel kuerzer ist, also eine viel geringere Kolbenfuehrung zu bieten hatte und ausserdem, dass beim Kolben der Vortechnik kein Platz vorhanden war, um die Drehmoment Druckfluidtaschen in Hoehe des Schwenkzentrums anzuordnen. Ferner sieht man, wie beim Kolben der Vortechnik die Lagebettflaeche 6 um mehr als 180 Grad (etwa 240 Grad) um das Schwenkzentrum ausgebildet sein musste, um die entsprechende Schwenkwalze des Kolbenschuhes der Vortechni Ic stellenweise zu umgreifen, was die Einzeleinspannung, Bearbeitung und

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: das Einzelmessen bei der Herstellung der Flaeche 6 erforderte und

j wodurch der Kolbender Vortechnik so teuer wurde. Das Schwenk-

j Zentrum ist beim Schwenkgelenk mit Kugelteilform der Mittelpunkt

der betreffenden Teilkugelflaechen des Gelenkes und bei der Schwenk-' walzenform des Schwenkgelenkes oder der Schwenkauflage, wie nach der

Erfindung die Schwenkwalzenachse. Beide sind jeweils mit 22 bezeichnet.

Die Figuren 14 und 18 zeigen im Wesentlichem Gleiches, wie die

j Figur 10, jedoch in einem Masstab, der die Daten der Figur 20 ergibt,

also Kolben mit 20 mm Durchmesser,wobei das Aggregat bei 130 mm "da" einen Kolbenhub "S"von 20 mm abgibt in der 1979 - 1980 iger Produktion.

Den linken Radialschnittfiguren ist jeweils die rechte Laen gsschnittfigur durch das betreffende Teil des Aggregates zugezeichnet. In der Figur 14 sind die Kolben der Figur 11 mit ihren Kolbenschähen eingezeichnet. Im gleichem Rotorteil der Figur 18 sind die Kolben der Figur 15 mit ihren

' Kolbenschuhen der Figur 16 eingezeichnet.

Der Unterschied der Kolben der Figur 11 und der Kolben der PMgur 15 ist, dass das Schwenklagerbett nicht walzenteilfoermig, also

! nicht hohlzylinderteilfoermig mit Zylinderteilflaeche um die Schwenkachse

22 ausgebildet ist, wie in Figur 11, sondern kugelteilfoermig, also Hohlkugelteilfoemig mit spaerischer Lagerbettflaeche vom Radius um den

, Schwenkpunkt 22. Dadurch wird es erforderlich, den Schlitz 91 ,92

in das oebere Kolbenteil radial oberhalb des Schwenkunktes 22 einzufraesen, •\as bei dem Kolben der Figur 1 I nicht notwendig war. Mancher Hersteller zieht jedoch die sphaerische, kugelteilfoermige Ausb ildung der Figuren

j I 5 und 16 vor. Insbesondere deshalb, weil sphaerische Gelenke in

Achsialkolbenaggregaten, die bisher den Markt beherrschten, ueblich waren. Technisch gesehen ist jedoch die Ausfuehrung mit Zylinder t-eilForm nach Figuren Figuren 11 und 3 radial tragfaehiger und auch billiger in der Herstellung,

wenn man die vom Erfinder vorgeschriebenen Bearbeitungsmaschinen verwendet. j
^! Der zugehoerige Kolbenschuh der Figur 16 hat entsprechend ein kugelteil-

foermiges Schwenkteil 20, das in das Lagerbett 104 im Kolben 3 der Figur 15 einsetzbar ist. Der Kolbenschuh benoetigt die Verjuengung 21 des Zentralteiles mit den Radienfiguren nach 20,23,21 der unteren Figur der Figur 16. Die Figur 15 zeigt ausserdem, dass im Kolben 3 statt der beiden Drehmoment - Druckfluidtaschengruppen zwecks Vereinfachung oder fuer geringere Wirkungsgrade des Aggregates auch ein einzelnes Tangentialdruckfluid Taschen paar 54,55 mit Steuerkanaelen 56,66 ange-

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ordnet sein kann. Ausserdem zeigen die Zeichnungen der Figur 15 die Ausbildung der oberen Kolbenarme 1,2, mit den Nutenteilen 77 und den Verengten Aussenteilen 101,102 zwecks Befestigung und Sicherung gegen Verdrehung der Halteplatte der Figuren 13 und 17· Zu beachten ist noch, wie die Zeichnung rechts zeigt, dass bei dieser Ausfuehrung und auch bei den Kolben der Figur 11 , wie jeweils die rechte Ansichtszeichnung zeigt, der Kolbenteil oberhalb des Schwenklagers auf eine Abmessung durch die Abarbeitungen 91,92 verengt werden . muss, damit die seitlichen Fuhrungsteile des Kolbenschuhes, die Teile 14 der Figur 2, in diese Abarbeitungen 91 ,92 hineinschwenken koennen oder teilweise in sie eintreten.

Das Ausfuehrungsbeispiel der Zeichnungen der Figur 19 zeigt, dass anstelle der Halteplatte oder Spannplatte der Figuren 13 und 17 auch einfach ein Stift oder mehrere Stifte 96 radial oberhalb des Kolbenschuhes angeordnet werdenk koennen, um diesen im Kolben zu halten. Man dreht dabei vorteilhafterweise die radial aeusseren Teile des Aussendurchmessers der Kolbenarme 1,2 etwas ab, oder bohrt sie an, um eine Vernietung der Stifte 96 zu ermoeglichen, ohne dass diese die Zylinderwand oder die Fuehrungsflaeche an den Rotorsegmenten beruehren und besohaedigon koennen.

Der Rotor mit seinen Radialstegen, wie er in den Aggregaten der Erfindung verwendet wird, ist nicht beschrieben, da dieser aus den eingangs erwaehnten Patentschriften des Anmeldrers oder des

^{ Erfinders bekannt ist.

Das Diagramm der Figur 20 zeigt die Werte eines Aggregates mit 130 mm "da" , 20 mm Kolbenhub "S" und 20 mm Durchmesser der Kolben. Unter dem Diagramm sind die einzelnen Bedeutungen der Kurven eingetragen.

Die Berechnung dieser Werte ergibt sich aus den Forschungsberichten des Erfinders, die auch die mathematischen Ableitungen und Beweise der Formeln enthalten. In ihnen findet man auch die entspreO-chenden Messergebnisse aktuell eingesetzter Aggreate aus Japan und der BRD. Es werden daher hier nur die Formeln gegeben, doch auf die

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Wiederholung ihrer Ableitungen und Beweise, die berechtigte vom Erfinder anfordern koennen, wird verzichtet.

Es gelten :

Kolbenhub = 2 e = S . (Masse in mm.) R=

& = Umlauf winkel zwischen der Nullflaeche und der Kolbenachse· f = Schwenkwinkel des Kolbenschuhes im Kolben.

4<ä = Kolbenradiallage=

Va = Radialgeschwindigkeit des Kolbens = -^e£>Wf ^ S«t2of7 T - Schwenkwinkel = Jnv.si» (*/*)"*■*

Fr = Tangentialkraft = Drehmomentkomponete = dp^L£ p&-&R)i<*«-<% WtS = Schwenkgeschwindigkeit der Schwenkflaechen relativ zueinander also Flaeche 23 auf Flaeche 6 = I/S&= l/<2 (K/Ri) <**·>Ä»

/\jfa = Reibungsverlust der Kolbenwand auf der Zylinderwand, wenn die Erfindung nicht angewendet ist und Reibungskoeffizient lip = 0,20 ist.®

/i/fs = Reibungsverlust zwischen Kolben und Zylinderwand, wenn halbtrockene Reibung herrscht, also ebenfalls, wenn die Erfindung nicht angewendet ist, Wtif ^f=O^

Die beiden letzteren Posten zeigen die Wichtigkeit der Anwendung der Erfindung, weil durch die Erfindung diese Verluste fast vollstaendig oder weitgehend aufgehoben werden. Ausserdem gelten die obigen Daten fuer 100 Bar Druck im Aggregat und 1500 Umdrehungen pro Minute nach RER Bericht 7906 .

Es sei noch bemerkt, dass der lange Kolbenoberteil der Erfindung verbunden mit der Anwendung im Rotor mit Radialsteg von etwas kleinerem Durchmesser als "da, also etwa 90 bis 99,9 5^ da, eine so stabile Kolbenfuehrung bringt, dass der Kolben keinerlei Kipptendenz hat. Denn er ist beim ganzem Kolbenhub gefuehrt, durch die Radialstege des Rotors. Dadurch erhaelt die Erfindung ihre hohe Betriebssicherheit, ihren hohen Wirkungsgrad.

Rs - Schwenkbettradius 100. @ Nfa -Va χ Pt χ ^p '"

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Claims (1)

1. Patentansprueche :

   Kolben und Kolbenschuh - Anordnung in einer Radialkolbenmaschine mit H-foermigen Kolbenschuhen, Radialstegen mit verlaengerten Zylinderteilflaechen zur Fuehrung der Kolben am Rotor, schwenkbarer Lagerung des Kolbenschuhschwenkteiles an einem Lagerbett im Kolben und an den Zentralsteg oberhalb des Schwenkteiles heranreochenden Schlitzen zwischen den seitlichen Fuehrungsteilen des Kolbenschuhes, dadurch gekennzeichnet,

   dass die den Schwenkteil ('2,W) des Kolbenschuhes (ΐ2·ι°) stellenweise beruehrenden radial nach aussen erstreckten Kolbenarme ( Ii Z ) an der Schwenkauflage (dem Lagerbett) ( 6 ) und an den Innen = flaechen (if ) der Fuehrungsteile ('3,/f) der Kolbenschuhe (I2₍w) vorbai radial nach aussen erstreckt sind .

   Anordnung nach Anspruch 1 und dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Kolbenarme ( UZ ) bis ueber die aeussere Gleit flaeche ((6 ) des Kolbenschuhes 02/20J faint?us erstreckt sind

   und oberhalb der genannten Gleitflaeche ( '6 ) des Kolbenschuhes eine Halterung (?>8_f 96 ) zwischen den genannten Armen ('<2,'o/, roz) zwecks Verhinderung des Herausfallens des Kolbenschuhes aus dem Kolben (3.W.tt) angeordnet ist.

   Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Arme (i)i,i«,i»i) und die genannte Halterung (?,?ι%) in die Ringnut oder Ausnehmung ( H ) der Kolbenhubfuehrung ( ?? ) hereinragen und dadurch mindestens teilweise radial ausserhalb der Kolbenhubf uehrungsf laechen ( 27 ) erscheinen.

   4.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine durch den Schwenkteil (|2.ζο) und dessen Ausnehmungen (SSifio) mit ihren Steuerkanten mit Druckfluid periodisch beaufschlagte Druckfluidtasche (h!?1 ) etwa in Radialhohe des Schwenk Zentrums ( 22 ) durch die Aussenflaeche des Kolbens hindurch in den Kolben {i,<H,a) hinein in Richtung der Drehmomenten Kraftkomponente angeordnet ist.

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   5.) Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Druckfiufdtasche {n,'}i) stufenlos regelbar oder mehrteilig, gegebenenfalls unter Mitbenutzung einer in der betreffenden Zylinderwand angeordneten Verbindungstasche (HiH) ausgebildet ist und dadurch die wirksame Querschnittsflaeche der genannten Druckfluidtasche (Sfcff) waehrend des Kolbenhubes der Drehmomenten Kraftkomponente angepasst veraendert wird,

   6.) Anordnung nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Druckfluidtasche (^'ir) aus zwei radial zu einander versetzten einzelnen Druckfluid taschen (S^fl", M ?2. ) besteht, die periodisch nacheinander dem Druckfluid im Zylinder ( 2.6 ) zugeschaltet und abgeschaltet werden.

   7.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschuhzentralsteg ( Zl ) und das Kolbenschuh SchwenUteil (/liio) durch einen gleichen Radius (-foo ) um die Schwenkachse ( Zl ) ausgebildet sind.

   8.) Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschuh (20,11) mittels eines um eine Senkrechte zur Kolbenachse ( /0/ ) in Schlitzen ( 31 ) im Kolben (*<« )

   schwingenden Stiftes (10 ) gegen Demontage gesichert sind.

   9.) Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass oberhalb der Schwenkflaeche ( 23 ) des Kolbenschuhes Ausnehmungen ( 19 ) angeordnet sind, in die in den genannten Kolbenarmen (Ίl ) befestigte Haltestifte ( 96 )eingreifen

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