ASSEMBLY OF PISTON SHOES IN RADIAL-PISTON MACHINES

Abstract: 1. Piston and piston shoe arrangement in a radial piston machine comprising one piece "H-shaped" piston shoes (10) ; radial webs (124) with extended part-cylindrical surfaces for guiding the piston (3) at the rotor (24) ; a pivotal mounting about a pivot axis (22) disposed parallel to the rotor axis (C) by means of a pivot surface (23) of the piston shoe pivot part (20), with the pivot surface having a constant radius about a common centre with the bearing seat (4) in the piston, and with the pivotal mounting being formed at a bearing surface (6) which matches the pivot surface (23) and which is provided at the bearing seat (4) in the piston (3) ; and slots (93, 94) in the piston shoe which extend from the peripheral ends up to the central web of the piston shoe above the pivot part (20) of the piston shoe and which are disposed between the lateral guide parts (14) of the piston shoe (10) which form the limbs of the "H-shaped" piston, characterised in that arms (1, 2) are provided which contact the pivot surface (23) of the pivot part (20) of the piston shoe (10) in places with the bearing surface (6) at its ends, which extend outwardly radial to the rotor axis and which slide, at least in places on the radial webs (124) of the rotor (24) ; and in that the piston arms (1, 2) extend radially outwardly from the part of the piston (3) which forms the bearing seat (4) past the pivotal mounting (20, 23) of the piston shoe (10) and project into the slots (93, 94) of the piston shoe (10).

Description: Kolbenschuhanordnung in einer Radialkolbenmaschine Die Erfindung betrifft einen Kolben bzw. eine Kolbenschuhanordnung in einer Radialkolbenmaschine mit H-förmigen Kolbenschuhen, mit Radialstegen mit verlängerten Zylinderteilflächen zur Führung der Kolben am Rotor, mit schwenkbarer Lagerung des Kolbenschuhschwenkteiles an einem Lagerbett im Kolben und mit an den Zentralsteg oberhalb des Schwenkteiles heranreichenden Schlitzen zwischen den seitlichen Führungsteilen des Kolbens. H-förmige Kolbenschuhe, auch eintauchende oder tieftauchende Kolbenschuhe genannt, sind aus den DE-PS 14 03 748, 13 02 469, 25 00 779 und 25 01 158 bekannt. Aus diesen Druckschriften kennt man auch den Rotor mit seinen Radialstegen, an deren Zylinderteilflächen die Kolben geführt sind, und das radial einwärts gerichtete Vorbeigleiten der Kolbenschuh Seitenteile an dem Aussendurchmesser der Rotorstege vorbei radial nach innen. Daraus ergibt sich der lange Kolbenhub dieser Aggregate bei gegebener Bauabmessung. Der Kolbenschuh ist mit einem Schwenkgelenk im Kolben gelagert. Bei der bekannten Ausführung sind die bezüglich der Rotorachse radial äusseren Kanten des Kolbens radial innerhalb der seitlichen Führungsteile des H-förmigen Kolbenschuhes angeordnet. Diese Ausführungsform hat sich, soweit die Hübe bezogen auf den Innendurchmesser der Kolbenhubführung nicht allzu lang waren, für Aggregate mit langen Kolbenhüben bewährt. Radialkolbenmaschinen können auch als Motoren neue Anwendungsgebiete erschliessen, wobei die Rotoren der Motoren zum Beispiel gleichzeitig treiben und tragen können. Die Verwendung der Aggregate als Motoren hat daher zugenommen. Bei Motoren ist ein grosser Relativkolbenhub von besonderer Wichtigkeit, um ein hohes Drehmoment bei kleiner Abmessung des Motors zu erhalten. Der Innendurchmesser der Kolbenhubführung, also der Durchmesser der Kolbenhubführungsfläche wird mit "da" bezeichnet und der Kolbenhub mit "S", wobei der Kolbenhub pro halber Rotorumdrehung S=2e ist mit "e" =Exzentrizität zwischen Rotorachse und Achse der Kolbenhubführungsfläche(n). Für hohen Wirkungsgrad des Motors und grosses Drehmoment des Motors muss ein hohes Hubverhältnis "S/da" angestrebt werden. Bei einer Pumpe sind dagegen der Wirkungsgrad und das Hubverhältnis nicht so wichtig wie im Motor. Denn die Pumpe kann auch bei geringerem Wirkungsgrade arbeiten, während für den Motor ein guter Wirkungsgrad und hohes Drehmoment bei gegebenem Reibverhältnis, unerlässlich sind, Für das grosse Hubverhältnis "S/da" benötigt man eine gute Führung der Kolben. Angestrebt wird ein Hubverhältnis von mindestens 0,12 oder sogar 0,20, Dies bedeutet, dass der Kolbenhub 12 bis 20 Prozent des Führungsdurchmessers "da" erreicht. In Sonderausführungen auch einen noch höheren Prozentsatz. Entsprechend dem Hubverhältnis steigt die relative Ausschwenkung (Schwenkwinkel) des Kolbenschuhes am oder im Kolben. Der mit steigendem Hubverhältnis steigende Ausschwenkwinkel des Kolbenschuhes steigert die Kraftkomponente in Umlaufrichtung. Diese Kraftkomponente in Umlaufrichtung ist besonders in Motoren zur Erzeugung des Drehmomentes erwünscht. Es ist Aufgabe der Erfindung, im Hinblick auf ein grosses Hubverhältnis eine verbesserte Führung des Kolbens zur Steigerung der rationellen Gleitfähigkeit des Kolbens an dem betreffendem Teil der Gleitfläche der Zylinderwand oder des Rotorsteges zu schaffen, um als Motoren besonders geeignete Radialkolbenmaschinen mit hohem Drehmoment schaffen zu können. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, das die das Schwenkteil des Kolbenschuhes stellenweise berührenden, radial zur Rotorachse nach aussen erstreckten Kolbenarme an der Schwenkauflage bzw. dem Lagerbett und an den Innenflächen der Führungsteile der Kolbenschuhe vorbei radial nach aussen erstreckt sind. Da die bezogen auf die Rotorachse äusseren Kolbenteile weit nach radial aussen verlängert sind, wird auch die Aussenfläche der Kolben entsprechend ver längert, so dass eine lange Auflagefläche des Kolbens auf seiner Führungsfläche im Zylinder und am Rotorsteg entsteht. Diese grössere Auflagefläche lässt eine grössere Tragkraft für die Kraftkomponente in Umlaufrichtung und damit ein grösseres Drehmoment zu. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Kolbenarme in eine Ringnut oder Ausnehmung der Kolbenhubführung hereinragen und dementsprechend zumindest teilweise ausserhalb der Kolbenführungsflächen auftauchen. Aufgrund dieser Massnahmen wird eine besonders gute Kolbenführung erreicht. Ausserdem besteht bei über die äussere Gleitfläche des Kolbenschuhes hinaus erstreckten Kolbenarmen die Möglichkeit, oberhalb der äusseren Gleitfläche des Kolbenschuhes eine Halterung zwischen den Kolbenarmen zur Verhinderung des Herausfallens des Kolbenschuhes aus dem Kolben anzuordnen. Aufgrund der erfindungsgemäss gut geführten Kolben können hohe Drehmomente erreicht werden, die eine entsprechend grosse Kraftkomponente in Umlaufsrichtung des Rotors aufweisen, so dass auf die Kolben gegebenenfalls grössere Kräfte quer zur Kolbenhubachse wirken. Zur Abstützung dieser Querkräfte ist es zweckmässig, wenn mindestens eine durch den Schwenkteil und dessen Ausnehmungen mit ihren Steuerkanten mit Druckfluid periodisch beaufschlagte Druckfluidtasche bezogen auf die Rotorachse etwa in Radialhöhe des Schwenkzentrums zwischen Kolben und Kolbenschuh durch die Aussenfläche des Kolbens hindurch in den Kolben hinein in Richtung der Dreh momenten- Kraftkomponente angeordnet ist. Aufgrund der langen Kolbenarme ist die Anordnung dieser Druckfluidtasche auf der Mantelfläche der Kolben in Höhe der Schwenkachse zwischen Kolben und Kolbenschuh ohne weiteres möglich. Mit der Druckfluidtasche kann ein Druckfeld erzeugt werden, welches den Kolben entgegen den Querkräften beaufschlagt, so dass die Querkräfte nicht zu mechanischen Reibungen zwischen Kolben und Zylinderfläche bzw. Kolbenführungsfläche führen. Da der Kolben mittels der Druckfluidtasche bezogen auf die Rotorachse radial weit aussen abgestützt werden kann, kann das Drehmoment gegebenenfalls an einem langen Hebelarm relativ zur Rotorachse angreifen. Aufgrund der genannten Massnahmen wird ein hoher Anstellwinkel des Kolbenschuhes zur Kolbenhubführung möglich, dieser Anstellwinkel ist mindestens gleich gross wie bei Axialkolbenmotoren mit Schrägscheiben und Massivkolben. Der erfindungsgemässe Radialkolbenmotor wird also den Axialkolbenmotoren im Drehmoment pro Baugrösse sowie im Drehmoment pro Reibteilen mindestens ebenbürtig. Gleichzeitig ist im erfindungsgemässen Motor aber die in den Axialkolbenaggregaten bestehende Verkantungstendenz der Kolben ausgeschaltet, da der Kolben erfindungsgemäss während des ganzen Hubes voll geführt bleibt. Infolge der verringerten Verkantungsgefahr und der Verminderung der Kolbenreibung durch die Druckfluidtasche wird der erfindungsgemässe Radialkolbenmotor bei gleich grossem Hubverhältnis einem entsprechenden Axialkolbenmotor prinzipiell im Wirkungsgrad und in der Leistung überlegen, wobei das geringe Leistungsgewicht des erfindungsgemässen Motors besonders bemerkenswert ist. Zum Beispiel sind mit einem erfindungsgemässen Motor etwa 100 PS bei einem Gewicht von unter 12 Kg möglich. In vorteilhafter Weise kann die Herstellung des Kolbens, des Kolbenschuhes und des Schwenkgelenkes zwischen Kolben und Kolbenschuh vereinfacht werden. Dazu wird zweckmässigerweise vorgesehen, dass die Lagerfläche des das Schwenkteil des Kolbenschuhes aufnehmenden Schwenkbettes im Kolben höchstens um einen 180 -Bogen um das Schwenkzentrum herumgeführt ist. Bei dieser Ausführung ist es möglich, die Lagerflächen im Kolben und am Kolbenschuh gemeinsam zu schleifen oder zu bearbeiten, indem eine Serie der Teile auf eine gemeinsame Achse gespannt wird, so dass die bisherige Einzelbearbeitung überwunden wird und eine Serie von Kolben- oder Kolbenschuhschwenkflächen gemeinsam hergestellt werden kann. Ausserdem bietet diese Anordnung die Möglichkeit, bei der Montage den Kolbenschuh mit seinem Schwenkteil in Richtung der Kolbenachse in das Lagerbett am Kolben einzusetzen, wobei sowohl das Schwenkteil als auch die seitlichen Führungsteile des H-förmigen Kolbenschuhes selbsttätig ihre richtige Lage einnehmen. Bei allen Ausführungsformen der Erfindung wirken die verlängerten Kolbenarme einer Verdrehung des Kolbens gegenüber dem zugehörigen Kolbenschuh entgegen, so dass der Kolben gegen Verdrehung arretiert ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die gegebenenfalls auf der Mantelfläche der Kolben vorgesehenen Druckfluidtaschen immer in richtiger Stellung verbleiben und die mittels der Druckfluidtaschen erzeugten Druckfelder die Querbelastung des Kolbens bzw. das Drehmoment aufnehmen. Zwar sind Einzelmerkmale der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung im Stand der Technik beschrieben, wie beispielsweise die Ringnut in der Führungsfläche der Kolbenführung, vergl. die DE-PS 14 02 369. Auch die Anordnung einer Druckfluidtasche ist aus der DE-PS 14 53 433 an sich bekannt. Jedoch fehlt im Stand der Technik die gezielte Anwendung dieser Massnahmen im Hinblick auf ein hohes zu erreichendes Drehmoment. Insbesondere sind beim Stand der Technik Druckfluidtaschen, bezogen auf die Rotorachse, zu weit radial einwärts angeordnet, so dass auf den Kolben wirkende Querkräfte nicht durch entsprechende von den Druckfluidtaschen erzeugte Druckfelder aufgefangen werden können. Darüber hinaus werden im Stand der Technik auch Kolbenschuhe verwendet, die keine H-Form aufweisen, vergl. z.B. die DE-PS 23 07 997, so dass die Führungsfläche der Kolben schuhe immer radial ausserhalb des Rotorumfanges verbleiben muss. Mit diesen einfachen Kolbenschuhen kann im Gegensatz zu den erfindungsgemässen, H-förmigen, tief eintauchenden Kolbenschuhen, deren äussere Führungsfläche beim Einwärtshub radial unterhalb des Rotorumfanges liegen kann, kein grosser Kolbenhub erreicht werden. Entsprechende Motoren haben nur einen geringen Wirkungsgrad. Ausserdem kann nicht in einfacher Weise eine Verdrehsicherung zwischen Kolben und Kolbenschuh erreicht werden, da in diesem Kolbenschuh im Gegensatz zu H-förmigen Kolbenschuhen keine Schlitze vorhanden sind, in die Kolbenarme o.dgl. eingesteckt werden könnten. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren erläutert: Fig. 1 ist eine Ansicht eines Kolbenschuhes nach einem Beispiel der Erfindung und zeigt rechts daneben die Schnittfigur entlang der Schnittlinie A-A. Fig. 2 zeigt den Schuh der linken Figur in Figur 1 von oben gesehen. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen er findungsgemässen Kolbenschuh mit anderer Lage und Ausbildung des Schwenkteiles. Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch einen Oberteil eines Kolbens , wobei Fig. 5 dessen Ansicht zeigt , in Fig. 4 von rechts gesehen. Beide Figuren zeigen eine Ausführungsform des Kolbens der Erfindung. Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch ein anderes Kolbenkopfbeispiel. Fig. 7 zeigt Schnitte durch weitere Ausbildungs beispiele des Kolbenoberteiles. Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil, insbesondere den Rotor und die Kolbenhub führung eines Aggregates der Erfindung mit eingebauten Kolben und Kolbenschuhen in Querschnitten. Fig. 9 zeigt das gleiche, wie Figur 8, jedoch mit anderen eingebauten Kolben und Kolbenschuh Beispielen nach der Erfindung. Fig. 10 zeigt einen Querschnitt durch ein Teil eines Erfindungsaggregates mit einge bauten anderen Beispielen von Kolben und Schuh, wobei die linke Figur ein Schnitt durch die rechte ist. Fig. 11 zeigt den Kolben der Figur 10 separiert in Schnitten und Ansicht. Fig. 12 zeigt, wie der Kolben bisher nach den ein gangs genannten Patentschriften ausgeführt war. Fig. 13 zeigt die Ansicht einer Spannplatte dafür von oben und Fig. 14 zeigt Schnitte durch einen Teil eines Aggregates der Erfindung mit eingebautem Kolben und Kolbenschuh-Ausführungsbeispiel. Fig. 15 zeigt den Kolben eines anderen Ausführungs beispieles in Schnitten und in einer An sicht. Fig. 16 zeigt den dazu passenden Kolbenschuh als Ausführungsbeispiel der Erfindung in Schnitten. Fig. 17 zeigt die Platte der Figur 13 im Schnitt. Fig. 18 zeigt Schnitte durch einen Teil des Aggregates, wie die Figur 14 sie zeigt, je doch den Kolben und Schuh der Figuren 15, 16 eingebaut. Fig. 19 zeigt Schnitte durch ein weiteres Bei spiel der Kolbenoberteil-Ausbildung der Erfindung, und Fig. 20 ist ein Diagramm, in dem Funktionen und Werte über dem Rotorumlaufwinkel alpha eingetragen sind. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 hat der Kolbenschuh 10 einen walzenförmigen Kolbenschuh-Zentralsteg 12 mit Schwenkachse 22 und Lagerfläche 23 mit gleichbleibendem Radius 100. Endwärts des Kolbenschuh-Zentralsteges 12 können Radialstützen 113 mit seitlichen Führungsteilen 13, 14, den Endflächen 18, den inneren Zugführungsflächen 17 und der äusseren Gleitfläche 16 angeordnet sein. Die inneren Flächen 17 können bei Motoren oder Pumpen ohne Selbstansaugebetrieb gelegentlich fortgelassen werden. Die Figur 2 zeigt die Draufsicht auf den Kolbenschuh 10 von oben, so dass die "H-Form" des Kolbenschuhes 10 sichtbar ist. Zwischen den seitlichen Führungsteilen 14 sieht man die bis an den Kolbenschuhzentralsteg 12 heranreichenden Schlitze 93, 94. In der Praxis wird dieser Kolbenschuh "eintauchender" oder "tieftauchender" Kolbenschuh genannt, weil seine Aussenfläche bis zum Aussendurchmesser 29 der Rotorstege, vergl. Fig. 8, 9, in den Rotor 24 eintaucht (eintauchender Schuh) oder die Aussenfläche 16 am Aussendurchmesser 29 der Rotorstege radial nach innen vorbei in die abgedrehten Rotorteile tief eintaucht (tieftauchender Kolbenschuh). Ein Vorteil des Kolbenschuhes 10 der Figur 1 besteht darin, dass die Schwenkachse 22 hoch oben liegt, wodurch die Drehmomenten-Angriffskraft im Motor relativ weit nach radial aussen zu liegen kommt und der Motor ein entsprechend hohes Drehmoment mit Kraftangriff an langem Hebelarm erzielt. Ein weiterer Vorteil dieses Ausführungsbeispieles der Erfindung ist, dass der Kolbenschuh einfach herstellbar und billig ist. Denn die Schlitze 93, 94 und die Lagerfläche 23 kann man mit der Drehbank beim Einspannen an den Enden der Schwenkachse 22 einfach herstellen. Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 hat der Kolbenschuhzentralsteg 21 ein Schwenkteil 20, dessen Schwenkachse 22 hier etwas tiefer liegen kann, und die Ausnehmungen 19, die dazu dienen, dass die Arretierstifte 96 des Kolbens 3, vergl. Figur 4, in die Ausnehmungen 19 eingreifen und die Arretierstifte 96 dabei den Kolbenschuh der Figur 3 gegen Herausfallen aus dem Kolben der Figur 4 sichern können. Die Ausnehmungen 19 sind so bemessen, dass trotz der Arretierstifte 96 die Schwenkbewegung ungestört erfolgen kann. In den Figuren 4 und 5 hat das Oberteil des Kolbens 3, dessen Achse mit 101 bezeichnet ist, das Lager- bzw. Schwenkbett 4 mit der Lagerfläche 6 zur Aufnahme des Schwenkteiles 20 des Kolbenschuhes 10 bzw. der Lagerfläche 23. Entsprechend der Erfindung ist die Lagerfläche 6 nur als 1800-Bogen, bezogen auf die Schwenkachse 22, ausgebildet, mit dem Vorteil, dass die Lagerfläche 6 mit einfachen Radiusfräsern oder Schleifscheiben hergestellt werden kann. Gemäss einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die Kolbenarme 1 und 2 von der Lagerfläche 6 des Kolbens 3 radial nach aussen erstreckt und können so weit radial nach aussen verlängert sein, dass sie nach Einsetzen des Kolbenschuhes 10 in das Schwenkbett 4 radial über die äussere Gleitfläche 16 des Kolbenschuhes herausragen. In Figur 5 ist ersichtlich, dass die Kolbenarme 1, 2 hinreichend schmal sein müssen, um in die Schlitze 93, 94 der Kolbenschuhe 10 eingreifen oder durch diese hindurchgreifen können. Wenn die Zugführungsfläche 17 des Kolbenschuhes 10 eine nicht gezeichnete Ausnehmung hat, kann die Breite der Arme 1, 2 jedoch auch breiter als die Schlitze 93, 94 sein. Die Kolbenarme 1, 2 sind ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung. Denn sie bilden eine lange Kolbenführungsfläche, die radial über die Schwenkachse 22 nach aussen reicht. Ausserdem ist es durch die Ausbildung des Schwenkbettes 4 und der Arme 1, 2 nach den Figuren 4 und 5 möglich, den Kolbenschuhzentralsteg 12, 21, radial von aussen her in den Kolben 3 hereinzulegen. Dies war bei dem bisherigem Stande der Technik nicht möglich, da die Lagerfläche 6 den Kolbenschuhzentralsteg um mehr als 180 Grad umgreifen musste, so dass ein Hereinlegen des Kolbenschuhes in das Bett 4 unmöglich war und die Kolbenschuhe von der Seite her entlang der Schwenkachse 22 in das Lagerbett im Kolben hereingeschoben werden mussten. Im übrigen sieht man, wie bereits beschrieben, dass die Arretierstifte 96 im Kolbenoberteil angeordnet werden können, um in die Ausnehmungen 19 des Kolbenschuhes 10 einzugreifen oder den Kolbenschuh anderartig gegen Herausfallen aus dem Schwenkbett 4 zu sichern. In Figur 6 ist gezeigt, dass der Stift (die Stifte) 7 hoch im Kolbenoberteil oberhalb der Gleitfläche 16 des Kolbenschuhes 10, wenn der Kolbenschuh 10 in das Lagerbett 4 im Kolben eingesetzt ist, angeordnet sein kann. 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 Schwenklagerfläche 6 bearbeitet werden können. Auch das ist ein wichtiger Vorteil der Erfindung. Bei der bisherigen Ausführung des Kolbens nach der Figur 12 musste jede Schwenklagerfläche 6 jedes einzelnen Kolbens einzeln eingespannt, geschliffen und gemessen werden. Bei dem Kolben nach der Erfindung ist es jedoch möglich, eine grosse Anzahl Kolben 3 mit allen Schwenkachsen 22 in eine gemeinsame Schwenkachse zu spannen und die Schwenklagerflächen 6 der Kolbenserie gemeinsam mit Formfräser zu fräsen und nach dem Härten des Kolbens gemeinsam mit Form-Radiusschleifscheiben auf der Flächenschleifmaschine zu schleifen. Dadurch entfallen Einzelbearbeitungen und Messungen. Die Bearbeitungszeit ist dadurch derartig verkürzt, so dass der Kolben um vieles billiger als der der Vortechnik wird, und nur noch einen Bruchteil des Kolbens der Vortechnik kostet. In Figur 7 ist gezeigt, dass man auch auf den Arretierstift 96 verzichten kann, wenn man die Kolbenarme 1, 2 wie in Figur 7 links gezeigt, mit Fortsätzen 8 versieht, die man, wie Figur 7 rechts und unten zeigt, nach dem Einsetzen des Kolbenschuhes 10 in das Lagerbett 4 umbiegt, wie in dem rechten und unteren Teil der Figur 7 gezeigt. Die Fortsätze 8 erfüllen dann die Funktion des Haltestiftes 96 der Figur 4, 5. Bei dieser einteiligen Kolbenausführung ist verhindert, dass die Stifte 96 sich lösen können. In den wichtigen Figuren 8 und 9 sieht man einen Teil des Rotors 24 im Radialschnitt mit zwei Zylindern 25, 26. Die Rotorachse ist mit "C" bezeichnet. Mit E" ist die zur Rotorachse C exzentrische Achse (Mittellinie) des Kolbenhubringes 35 bezeichnet, wobei die Exzentrizität zea den Kolbenhub S pro Umdrehung des Rotors bestimmt: "S = 2 e". Die Kolben 53, 63 laufen in den Zylindern 25, 26 radial auswärts und einwärts, wobei sie den Kolbenhub S ausführen. Die äusseren Gleitflächen 16 der Kolbenschuhe 10 gleiten an der inneren Führungsfläche 27 des Kolbenhubringes 35. Der Kolbenhubring 35 hat bei tieftauchenden Kolbenschuhen eine Ringnut 34, die sich, die Führungs fläche 27 durchbrechend und unterteilend, radial von innen her in den Kolbenhubring 35 hinein erstreckt. Die Führungsfläche 27 hat den Innendurchmesser da", so dass man aus "2e = 5" und "da" das eingangs beschriebene Hubverhalten "S/da" als wichtige Leistungs- und Wirkungsgrad Kenngrösse des Aggregates erhalten kann. Der Aussendurchmesser des Rotors 24 ist mit 29 bezeichnet. Die Figur 8 zeigt den Rotorumlaufwinkel c4 zwischen der Nullebene und der Radialachse des betreffenden Zylinders und Kolbens. Auf diesem Winkel beruhen die Daten des Diagrammes der Figur 20. In den Figuren 8 und 9 sind auch die Schlitze 5 und die Kolbenarme 1 und 2 zu sehen. Ausserdem ist erkennbar, wie die Kolbenschuhe 10 mit ihrem Kolbenschuhzentralsteg 12, 21 in den Schlitzen 5 des Kolbens schwenken. Der Winkel g zeigt die Ausschwenkung der betreffenden Kolbenschuhe 10 aus der Normallage, dieser Winkel erscheint ebenfalls im Diagramm der Figur 20. In den Figuren 8 und 9 ist noch ersichtlich, dass die erfindungsgemässen Kolbenarme 1 und 2 in die Ringnut 34 des Kolbenhub ringes 35 eingreifen. Der Kolbenhubring 35 kann auch ein Teil des Gehäuses oder als Gehäuseteil mit der Führungsfläche 27 ausgebildet sein, so dass ein separater Kolbenhubring eingespart werden kann. Übrigens zeigen die beiden Figuren 8 und 9 die lange Führung der Kolben 53, 63 zwischen den Rotorradialstegen und im Rotor 24. In der Figur 8 sind die Kolbenschuhe der Figuren 1, 2 eingebaut und in Figur 9 die Kolbenschuhe der Figur 3 mit ihren zugehörigen Kolben. In die Zeichnungen sind die international verbreiteten Benennungen "Piston" für Kolben, "Shoe" für Kolbenschuh, "Groove" für Ringnut und "Actuator" für Kolbenhubring eingetragen. Der Kolbenschuh 10 in Figur 10 entspricht im wesentlichen dem der Figur 3, jedoch ohne die Ausnehmungen 19. Die Halterung für den Kolbenschuhzentralsteg 21 im Kolben 73 wird hier durch einen selbstspannenden Plattenteil, die Spannplatte 9 bewirkt, die in entsprechenden Schlitzen 77 in den Kolbenarmen 1, 2 selbsthaltend angeordnet 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 Halteenden 79 seitlich einer Ausnehmung vorstehen, wobei die Halteenden 79 die Teile 102, 102' des Kolbens der Figur 11 umgreifen, so dass die Spannplatte 9 sich relativ zu den Kolbenarmen 1, 2 nicht verdrehen kann. Die Endstücke zwischen den Halteenden 79 greifen in die Schlitze 77 der Arme 1, 2 der Kolben 3 der Figur 11 ein, wie auch in Figur 10 links gezeigt ist. Der Spannbogen 78 kann vorgesehen sein, um mittels der Spannplatte 9 den Kolbenschuh 10 fest auf die Schwenklagerfläche 6 zu drücken und dabei der Aussenfläche 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 Radialstegen 124 liegen. Die Figur 11 zeigt den Kolben der Figur 10 in separierten Zeichnungen, jedoch im Massstab, wie dem der Figuren 14 bis 18, damit die Kolben miteinander vergleichbar sind. Die Beschreibung der Figur 10 soll daher auch für die Figur 11 gelten und mit ihr zusammen gelesen werden. Die wichtigen Teile der Kolbenhubführung, wie 27, 34, 35 sind auch in Figur 10 zu sehen und ebenso der Schlitz 5 zwischen den Kolbenarmen 1 und 2. Als erfindungsgemässe Besonderheit haben die Kolben der jetzt beschriebenen Figuren 10 und 11 etwa in Radialhöhe der Schwenkachse 22 die Druckfluidtaschen 54, 55 und/oder 71, 72, die von aussen her in die Kolbenaussenfläche und Aussenteile eingearbeitet sind. Die Kanäle 51 und 56, 66 sind im Prinzip aus der eingangs erwähnten Patentschrift 14 53 433 bekannt, aus der auch die Steuerkanten, die die Steuertaschen 60, 59 in dem Schwenkteil des Kolbenschuhes begrenzen, bekannt sind. Die Steuertaschen 59, 60 beaufschlagen und steuern die Beaufschlagung der Kanäle 56, 66 und damit der Druckfluidtaschen 54 und 55. Diese Beaufschlagung erfolgt periodisch wechselnd bei jedem Umlauf des Rotors. Die Besonderheit nach dieser Erfindung besteht darin, dass die Druckfluidtaschen 54, 55 aufgrund der erfindungsgemässen Anordnung der Kolbenarme 1, 2, jetzt erfindungsgemäss in radialer Höhe der Schwenkachse 22 angeordnet sind, während sie bei der Vortechnik zu tief radial innen lagen und dort nicht gut wirksam werden konnten. Sie lagen ausserhalb der aktuellen Kraftangriffskomponente und führten zu einer Verkantung der Kolben, anstatt sie mit Druckfluid zu entlasten. Aus der Kurve l'Ft" der Figur 20 ist ersichtlich, dass die Last des Kolbens in Umlaufrichtung, also in Drehmomentrichtung (oder entgegengesetzt gerichtet dazu), mit dem Umlaufwinkel bs des Rotors zunimmt und abnimmt. Daher müsste, wie die Erfindung erkennt, eigentlich ein Druckfluidfeld bzw. eine Druckfluidtasche 54, 55 mit Veränderbarkeit des Querschnittes angeordnet werden, wenn das Druckfluidfeld die Tangentiallast immer richtig aufnehmen soll. Eine stufenlos veränderliche und gesteuerte Veränderung der Querschnitte der Druckfluidtaschen 54, 55 ist jedoch schwierig und teuer. Daher ist im Ausführungsbeispiel 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 auswärts gleitet und die Schwenkbewegung des Kolbenschuhzentralsteges 21 um die Schwenkachse 22 so weit fortgeschritten ist, dass die obere Kante der Wand der Steuertasche 59 den Kanal 56 freizugeben beginnt, ist zunächst nur die Druckfluidtasche 55 über die Steuertasche 59 mit der Druckleitung 51 zum Zylinder 26 verbunden. In diesem Zustande ist die Druckfluidtasche 55 dem Druckfluid zugeschaltet. Sobald die Auswärtsbewegung des Kolbens (z.B. 3,73) analog den Daten der Figur 20 fortschreitet, überläuft die radial äussere Wand der Druckfluidtasche 55, 54 die in der Rotorwand angeordnete Verbindungstasche 75, 74, wodurch die Verbindung des Druckfluids im Zylinder 26 mit der zugeschalteten Verbindingstasche 74 oder 75 entsteht. Nunmehr wirkt zusätzlich zu dem Querschnitt der Druckfluidtasche 54 oder 55 auch noch der Querschnitt der Verbindungstasche 74 oder 75 auf die Kolbenwand und die Zylinderwand als Kraftkomponente in Drehmomentrichtung oder umgekehrt. Es erfolgt also eine stufenweise Vergrösserung des Druckfluidfeldes in Umlaufrichtung (Drehmomentangriffsrichtung) in Analogie zur Kolben-Radialbewegung und zu den Daten der Figur 20. Bei noch weiterer radialer Auswärtsbewegung verbinden die Druckfluid-Verbindungstaschen 74 oder 75 sich mit den weiteren Druckfluidtaschen 72 oder 71 in der Aussen- fläche des betreffenden Kolbens, zum Beispiel 73. Diese Lage ist in Figur 10 rechts gezeichnet. Dieses ist die dritte Stufe der Zuschaltung der Druckfluidtaschen in Drehmomentrichtung oder entgegengesetzt. Jetzt ist die grösste Querschnittssumme der Druckfluidttaschen in Drehmomentrichtung erreicht. Das geschieht in der Lage, in der die Tangentialkraft (Drehmomentkomponente) "Ft" in Figur 20 am grzssten ist. Beim Rinwärtslauf des Kolbens schalten die Druck fluidtaschen in umgekehrter Reihenfolge nacheinander ab. Bei der zweiten Hälfte der betreffenden Rotorumdrehung steuert die Kante der Steueirtasche 60 die Druckfluidtaschen an der gegenuiberliegenden Hälfte des Kolbens und die Steuer-tasche 59 schaltet die diesseitige, vorher bezschriebene Seite des Kolbens von der Beauf schlagung der betreffenden Druckfluidtaschen mit Druckfluid ab. Die Taschen werden dann mit dem Niederrdruckbereich des Aggregates stufenweise nachennander verbunden und abgeschaltet. Die obere Figur der Figur 10 zeigt einen Längsschnitt durch den Kolbenschuh, wie er sich aus dem Schnitt durch die Mittelachse des Kolbens bzw. Schuhes der unteren Figur der Figur 10 ergibt. Beachtenswert ist in der oberen Figur, dass diese den Kolbenschuh im 1:1-Verhältnis einer Versuchsvorrichtung zeigt. Die Steuertaschen 59, 60 sieht man strichliert, da sie vor und hinter der Schnittfläche liegen. Die Ausnehmungen 57 verbinden die St¯euertaschen 59 und 60, die gleichzeitig Druckfluid-Entlastungstaschen sind. Die Kanäle 58 leitem das Druckfluid in die Druckfluidtaschen 61, 62 in der AuBenfläche der Kolbenschuhe, d.h. in dem Gleitflächen 16, die an der Gleitfläche (den Gleitflächen) 27 des Kolbenhubringes 35 gleiten. Beachtenswert ist, dass die Druckfluidtaschen 61, 62 teilweise radial oberhalb des Schwenkteiles 20 liegen, so dass das Schwenkteil 20 eine Radialstütze für die Druckfluidtaschen 61 62 bildet und so auch für die die Taschen 61, 62 umgebenden Dichtflächenteile der Gleitfläche 16. In Figur 11 sieht man den Kolben in Schnitten und in einer Ansicht, und zwar in dem Massstab der die Daten der Figur 20 ergibt. Figur 12 zeigt einen Querschnitt durch den Kol ben 83 der Vortechnik, wie aus den eingangs erwähnten Patentschriften bekannt. Da die Böden und Schwenkachsen der Kolben 3 bzw. 83 der Figuren 11 bzw. 12 auf gleicher Ebene stehen, sieht man hier deutlich, dass der Kolben 83 der Vortechnik oben viel kürzer ist, also eine viel geringere Kolbenführung zu bieten hatte, und ausserdem, dass beim Kolben 83 der Vortechnik kein Platz vorhanden war, um die Drehmoment Druckfluidtaschen 54, 55, 71 und 72 in Höhe des Schwenkzentrums anzuordnen. Ferner sieht man, wie beim Kolben 83 der Vortechnik die Lagerbettfläche 6 um mehr als 180 Grad (etwa 240 Grad um die Schwenkachse herum ausgebildet sein musste um das entsprechende Schwenkteil des Rolbenschuhes der Vortechnik stellenweise zu umgreift was Einzeleinspannung, -bearbeitung und Einzelmessen bei der Herstellung der Fläche 6 erforderte und wodurch der Kolben der Vortechnik teuer wurde Das Schwenkzentrum ist beim Schwenkgelenk mit Kugelteilform der Mittelpunkt der betreffenden Teilkugelflächen des Gelenkes, bei walzenförmigem Schwenkteil, wie bei der Erfindung, die Schwenkachse 22. Schwenkzentrum und Schwenkachse sind jeweils mit 22 bezeichnet. Die Figuren 14 und 18 zeigen im wesentlichen Gleiches wie die Figur 10, jedoch in einem Massstab, der die Daten der Figur 20 ergibt, also Kolben mit 20 mm Durchmesser, wobei das Aggregat in einer Versuchsvorrichtung bei 130 mm "da" einen Kolbenhub "S" von 20 mm abgibt. Den linken Radialschnittfiguren ist jeweils die rechte Längsschnittfigur durch das betreffende Teil des Aggregates zugezeichnet. In der Figur 14 sind die Kolben der Figur 11 mit ihren Kolbenschuhen eingezeichnet. Im gleichen Rotorteil der Figur 18 sind die Kolben der Figur 15 mit ihren Kolbenschuhen der Figur 16 eingezeichnet. Der Unterschied der Kolben nach Figur 15 gegen über der Figur 11 besteht darin, dass das Schwenklagerbett 104 nicht walzenteilförmig, also nicht hohlzylinderteilförmig mit Zylnderteil- fläche um die Schwenkachse 22 ausgebildet ist, wie in Figur 11, sondern kugelteilförmig, also hohlkugelteilförmig mit sphärischer Lagerbettfläche 106 vom Radius 100 um das Schwenkzentrum 22. Dadurch wird es erforderlich, den Schlitz 91, 92 in das obere Kolbenteil radial oberhalb des Schwenkzentrums 22 einzufräsen, was bei dem Kolben der Figur 11 nicht notwendig war. Mancher Hersteller zieht jedoch die sphärische, kugelteiförmige Ausbildung > ¯ymmäB den Figuren 15 und 16 vor. InsbesonderéLdeshalb weil sphärische Gelenke Axialkolbenaggregaten, die bisher den Markt beherrschten, üblich waren. Technisch gesehen ist jedoch die Ausführung mit Zylinderteilform nach Figuren 11 und 3 radial tragfähiger und auch billiger in der Herstellung, wenn man die vom Erfinder vorgeschriebenen Bearbeitungsmaschinen verwendet. Der zugehörige Kolbenschubder Figur 16 hat entsprechend ein kugelteilförmiges Schwenkteil 20, das in das Lagerbett 104 im Kolben 3 der Figur 15 einsetzbar ist. Der Kolbenschuh benötigt die Verjüngung des Kolbenschuhzentralstabes 21 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 für geringere Wirkungsgrade des Aggregates auch ein einzelnes Paar von Tangentialdruckfluidtaschen 54, 55 mit Steuerkanälen 56, 66 angeordnet sein kann. Ausserdem zeigen die Zeichnungen der Figur 15 die Ausbildung der oberen Kolbenarme 1, 2, mit den Schlitzen 77 und den verengten Aussenteilen 102, 102' zur Befestigung und Sicherung gegen Verdrehung der Halteplatte der Figuren 13 und 17. Zu beachten ist noch, wie die Zeichnung rechts in Fig. 15 zeigt, dass bei dieser Ausführung, aber 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 Führungsteile 14 des Kolbenschuhes, vergl. Figur 2, in diese Abarbeitungen 91, 92 hineinschwenken können oder teilweise in sie eintreten. Das Ausführungsbeispiel der Zeichnungen der Figur 19 zeigt, dass anstelle der Halteplatte oder Spannplatte 9 der Figuren 13 und 17 auch einfach ein Stift oder mehrere Stifte 96 radial oberhalb des Kolbenschuhes angeordnet werden können, um diesen im Kolben zu halten. Man dreht dabei vorteilhafterweise die radial äusseren Teile des Aussendurchmessers der Kolbenarme 1, 2 etwas ab, oder bohrt sie an, um eine Vernietung der Stifte 96 zu ermöglichen, ohne dass diese die Zylinderwand oder die Führungsfläche an den Rotorsegmenten berühren und beschädigen können. Der Rotor mit seinen Radialstegen, wie er in den Aggregaten der Erfindung verwendet wird, ist nicht beschrieben, da dieser aus den eingangs erwähnten Patentschriften 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 Forschungsergebnissen des Erfinders. Nachfolgend werden nur die Formeln angebeben, auf die Ableitungen und Beweise wird verzichtet. Es gelten: Kolbenhub = 2 e =S. (Masse in mm.) EMI25.1 EMI25.2 = Umlaufwinkel zwischen der Nullfläche und der Kolbenachse. = Schwenkwinkel des Kolbenschuhes im Kolben. = Kolbenradiallage = EMI25.3 = Radialgeschwindigkeit des Kolbens = EMI25.4 = Schwenkwinkel = EMI25.5 = Tangentialkraft = Drehmomentkomponente = EMI25.6 = Schwenkgeschwindigkeit der Schwenk flächen relativ zueinander also Fläche 23 auf Fläche 6 = EMI25.7 = Reibungsverlust der Kolbenwand auf der Zylinderwand, wenn die Erfindung nicht angewendet ist und Reibungskoeffizient Ap = 0,20 ist. Nfa = Va - Ft a/p = Reibungsverlust zwischen der Schwenk gelenkfläche 23 und der Lagerbettfläche 6, wenn/u= -,10 ist. Die beiden letzteren Terme zeigen die Wichtigkeit der Anwendung der Erfindung, weil durch die Erfindung diese Verluste fast vollständig oder weitgehend aufgehoben werden. Die obigen Daten gelten für 100 Bar Druck im Aggregat und 1500 Umdrehungen pro Minute. Es sei noch bemerkt, dass das lange Kolbenoberteil der Erfindung verbunden mit der Anwendung im Rotor mit Radialsteg von etwas kleinerem Durchmesser als "da", also etwa 90 bis 99,9 % "da", eine so stabile Kolbenführung bringt, dass der Kolben keinerlei Kipptendenz hat. Denn er ist beim ganzen Kolbenhub durch die Radialstege des Rotors geführt. Dadurch erhält die Erfindung ihre hohe Betriebssicherheit, ihren hohen Wirkungsgrad. Der Rotorstegaussendurchmesser 29 ist erfindungsgemäss gegenüber der Vortechnik auf bis zu 99,99 Prozent von "da" vergrössert. Rs = Schwenkbettradius 100.

Claims: Patentansprüche 1. Kolben und Kolbenschuh-Anordnung in einer Radial kolbenmaschine mit H-förmigen Kolbenschuhen, Radialstegen mit verlängerten Zylinderteil flächen zur Führung der-Kolben am Rotor, schwenkbarer Lagerung des Kolbenschuhschwenk teiles an einem Lagerbett im Kolben und an den Zentral steg oberhalb des Schwenkteiles heranreichenden Schlitzen zwischen den seit lichen Führungsteilen des Kolbenschuhes, dadurch gekennzeichnet, dass die das Schwenk teil (12,20) des Kolbenschuhes (12,20) stellen weise berührenden, radial zur Rotorachse nach aussen erstreckten Kolbenarme (1,2) an der Schwenkauflage bzw. dem Lagerbett (6) und an den Innenflächen (17) der Führungsteile (13,14) der Kolbenschuhe (12,20) vorbei radial nach aussen erstreckt sind. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Kolbenarme (1,2) bis über die äussere Gleitfläche (16) des Kolbenschuhes (12,20) hinaus erstreckt sind und oberhalb der Gleit fläche (16) des Kolbenschuhes (12,20) eine Halterung (7,9,96) zwischen den genannten Ar men (1,2,101,102) zwecks Verhinderung des Herausfallens des Kolbenschuhes aus dem Kolben (3,43,63) angeordnet ist. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenarme (1,2,101,102) und die Halterung (7,9,96) in eine Ringnut oder Aus nehmung (34) einer Kolbenhubführung (35) hereinragen und dadurch mindestens teilweise radial ausserhalb der Kolbenhubführungs flächen (27) erscheinen. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass mindestens eine durch den Schwenkteil (12,20) und dessen Ausnehmungen (59,60) mit ihren Steuerkanten mit Druck fluid periodisch beaufschlagte Druckfluid tasche (54,55,71,72), bezogen auf die Rotorachse etwa in Radialhöhe des Schwenk zentrums (22), durch die Aussenfläche des Kolbens hindurch in den Kolben (3,43,63) hinein in Richtung der Drehmomenten-Kraft komponente angeordnet ist. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass die Druckfluidtasche (54,55,71,72) stufenlos regelbar oder mehrteilig, gegebenen falls unter Mitbenutzung einer in der be treffenden Zylinderwand angeordneten Ver bindungstasche (74,75) ausgebildet ist und dadurch die wirksame Querschnittsfläche der Druckfluidtasche (54,55) während des Kolben hubes der Drehmomenten-Kraftkomponente ange passt verändert ist. 6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass die Druckfluidtasche (54,55) aus zwei radial zueinander versetzten einzelnen Druckfluidtaschen (54,55,71,72) besteht, die periodisch nacheinander dem Druckfluid im Zylinder (26) zuschaltbar und abschaltbar sind. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Kolbenschuhzentralsteg (21) und das Kolbenschuh-Schwenkteil (12,20) mit einem gleichen Radius (100) um die Schwenk achse (22) ausgebildet sind. 8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Kolbenschuh (20,12) mittels eines um eine Senkrechte zur Kolbenachse (101) in Schlitzen (31) im Kolben (3, 53) schwingenden Stiftes (30) gegen Demontage ge sichert sind. 9. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet da durch, dass oberhalb der Schwenkfläche (23) des Kolbenschuhes (12,20) Ausnehmungen (19) angeordnet sind, in die in den genannten Kolbenarmen (1,2) befestigte Haltestifte (96) eingreifen.

Inventors: EICKMANN, KARL
Applicants: BREINLICH, RICHARD, DR.
Application year: 1981
Main classification: F03C1
IPC codes: F03C1