CH194822A - Kolbenmaschine mit mehreren zur Maschinenwelle parallelen Zylindern. - Google Patents

Description

  Kolbenmaschine mit mehreren     zur        11Zaschinenwelle    parallelen     Zylindern.       Die Erfindung, deren Erfinder Wiehert       Hulsebos,    Laren (Holland) ist, bezieht sieh  auf eine Kolbenmaschine mit mehreren zur  Maschinenwelle parallelen Zylindern, deren  Kolben mit     einer    auf der Maschinenwelle  schräg angeordneten Seheibe     mittels.        Gleit-          schuhen    in kraftschlüssiger Verbindung ste  hen, welche     Gleitschuhe    -im     Betrieb    auf  Walzkörpern abrollen.

   Die .schräge     .Scheibe     kann auf der Maschinenwelle festsitzen oder  auf einer schrägen Kurbel der     Maschinen-          welle    drehbar     sein    und als     Taum@elscheibe     arbeiten.  



       Derartige    Kolbenmaschinen sind     bekannt.     Ihre     praktische    Ausbildung stiess bisher  auf     -eigentümliche    Schwierigkeiten, wodurch  wohl zu erklären     isst,        @dass    sie sich in     dex     Praxis noch nicht     durchgesetzt    haben.  



       Die        Zeichnung        betrifft    einige     Ausfüh-          rungsbeispiele    der Erfindung. In der Zeich  nung zeigt:  Fing. 1 einen     Längsschnitt        einer    Maschine  mit     einer        Taumelsoheibe,            Fg.    2.

       schemai@sch        aufeinandex    abrollende  Teile einer andern     Maschine,          F'ig.   <B>3</B>, 4, 5 und 6 axiale     .Schnitte    der  aufeinander abrollenden Teile anderer Ma  schinen,       Fig.    5a     einneu    Schnitt gemäss     der    Linie       V-V    in     Fig.    5, in     kleinerem    Massstab,       Fig.    7,

   8 und 10 ähnliche     Querschnitte          anderer        Ausführungen.    der aufeinander ab  rollenden     Teile,          Fig.    9     eine    Draufsicht auf eine     Schleif-          maschine    zur     Herstellung        !der        Walzkörper     gemäss-     Fig.    B.  



  In     Fig.    1 ist die     Taumelscheibe    1 mittels  Lagern 2; ,drehbar auf der schrägen Kurbel  8 der     Maschinenwelle    4 angeordnet.     Der          Winkel        zwischen    der Kurbel und der     Axe          a-a    der     Maschinenwelle    beträgt in     der    Pra  xis     17i/2        bis;    2,0  .  



  Mittels     eines        Kegedzahnradkranzm    5 an  der     Taumelscheibe    1     und    eines mit ihm     zu-          sammenarbeitenden        gegelzahnxadkranzes    6  am     Gestell    7     wird,das        Mitdrehen    der Taumel  scheibe 1     verhindert.    Mehrere     Zylinder    8,      von denen nur einer dargestellt ist, mit       Zylinderbohrungen    9 sind parallel zur Welle  4 vorgesehen.

       Die    Kolben 10     sind    ausserhalb  der     Zylinderbohrung    9 in einer Führung 18  geführt.  



       Jeder    Kolben 10 besitzt     zwei        ,Scheiben    13  und 14 mit ebenen     Gleitflächen    11 und     12"     die     senkreclht    zur     Kurbelwellenachse        a-a          stehen.    Die Scheibe 13 sitzt     unmittelbar    am  Körper 15 des     Kolbens    10, während die  Scheibe 14 an einem     Deckel    16 sitzt, der in  den Körper 1-5 des:     Kolbens.    10 eingeschraubt       ist.     



  Die     Taumelschesbe    1 hat, was die Zeich  nung     nicht    zeigt,     Arme    la. Am Ende     jedes          Armes    sind einander gegenüberliegende Ro  tationskegel 19     und,210        mit,der    Achse parallel  zur schrägen Kurbel 3 eingesetzt.

   Die     Nei-          gung,der        Erzeugenden        dieser    Kegel zu ihrer       Grundfläche        ist        ,gleich    der     Neigung,der    Kur  bel 3 zur     Axe        a-a        der        Maschinenwelle    4.

    In den Kegeln 19     und    210     sind    in der     Mitte          Zentrierorgane    2'l, 2,2 in der Richtung der       Kegelachse        verschiebbar        und        werden    von  einer     Feder    23     mit        einem    halbkugeligen  Kopf in entsprechende Pfannen der Gleit  sühuhe 24     und        925        gedrückt.    Diese sind mit  ebenen     Flächen:

      auf den ebenen     Flächen    an  ,den Scheiben 13 und 14 verschiebbar und  weisen ebene     Wälzflä=chen    26     und    22 auf, auf  denen im Betrieb die Kegelräder 19 und 20  abrollen.  



  Nach     Fig.    2 rollen die Kegel 19, und 20  auf Kegelflächen an den     Gleitstücken    ab  (siehe     Fig.    2). Die Summe     der        Neigungs-          winkel        u1    und     ce,    der     zusammenarbeitenden     Kegelflächen     ist    gleich dem Neigungswinkel       cc        !der    Kurbel zur     Wellenachse        a--a.     



  Es stellte sich nun heraus,     dass-    namentlich  .die     Scheibe    13.     und    die     Gleitschuhe        24    sich  an     ihren        Berührungsflächen    auf     einer        ,Seite     stark     abnutzten;,    so     daZdiese    Flächen     nicht     eben     blieben.     



  Die Abnutzung     wunde    hauptsächlich in       ,der    Ringzone z     festgestellt.     



  In der     Fig.    2 ist     graphisch    auf der  Linie 0'-P', die     parallel    zur     Linie    0-P ge  zogen     ist,        angedeutet,        wie,die        Belastung    zwn-         scher        den    Berührungsflächen ,des     Kegels    19  und des     Gleitschuhes    sich auf die     Berüh-          rungslinie    verteilt.  



  Nach der     ;Stnbeck'schen        Formel    ist die  zulässige     Belastung    einer Rolle, die auf     einer     ebenen Fläche abrollt:<I>P = k . D .</I>     l    (wo<I>D</I>  der     Rollendurchmesser,        l    ,die Rollenlänge und  k eine Konstante ist,     .die    vom     Material    der  Rolle und der Stützfläche und auch von der  Form der     ;

  Stützfläche    abhängig     ist).    Dabei  wird davon ausgegangen, dass die Rolle an  der     Berührungsstelle    etwas eingedrückt wird,       und        zwar        um    so mehr, je     kleiner        der    Rollen  durchmesser ist.  



  Der Erfinder betrachtet nun den auf der  Fläche     216a        (Fig.    2) aufruhenden Kegel als  einen .Satz nebeneinander liegender dünner  Rollen von der     Länge   <I>dl.</I> Der Durchmesser  dieser dünnen Rollen nimmt gegen den     Punkt     P zu. Zwei     Krümmungsmittelpunkte        M,.    und       M.        sind        beispielsweise    angegeben.  



  Jede     dünne    Rolle kann dann gemäss der       Stribeck'schen    Formel tragen:<I>P = k .</I>     D   <I>. dl</I>  (worin<I>D</I> von     l    abhängig ist; also<I>D = f</I>     (d).     



  Der Kegel kann dann     insgesamt        tragen:     
EMI0002.0133     
    dies     ist,dae    in     Flg.    2     sahraffierte    Fläche. Es  wird nun klar, weshalb die Zone z eine so  starke Abnutzung     zeigte.        Wenn    der Kegel  zu gross     .gewählt.        wird,    trägt nur der Teil in  der Nähe des Punktes P, wo der     Krüm-          mungsdurchmesser    D am grössten ist.

   Der  Kegel     wird    also dort am meisten     belastet,    wo  die     Tragfläche    gut beschaffen ist. Infolge  dessen     ist    die     resultierende        Kraft        zwischen     dem Kegel<B>19</B> und der     Fläche    26 weit     ent-          fernt    von     .der        Mittellinie        b-b        des    Gleit  schuhes     2'4    und     @dieser    nutzt     sich    also am  Umfang (Zone z) ab.

    



       Isst        aber,der        Kegel    1;9 so gross,     dass,die    zu  lässige     Belastung        desi    Kegels, d. h.  
EMI0002.0166     
         mindestens,        gleich    der     und        höchstens        fünfmal     so :

  gross     wie    die maximal     aufzunehmende     Kraft     K,.    ist, so     überträgt    der     Kegel    die Be-           lastung,    eben weil er viel kleiner ist, als man  bisher für notwendig     hielt,    mehr in     der    Nähe  der Spitze, und :der Gleitschuh 24 wird weni  ger exzentrisch     belastet.     



  Zur     weiteren    Verbesserung     ist,der    Gleit  schuh im     Durchmesser        grösser    als der Kegel       (Fig.    1 und 2),     so,dass:    ,der     Fläohendruck    bei       24.a        verkleinert        wird.     



  Es     ist    vorteilhaft, dass man den Teil des  Kegels ganz nahe der Spitze nicht derart       ausführt,        dass,    er eine axiale     Belastung    auf  nehmen kann, weil sonst der Kegel unzweck  mässig klein sein müsste.  



  Inder     Fi,g.    1 sind     die    Kegel und die an  dern     Teile    der Maschine nach einer prakti  schen;     Ausführung    .gezeichnet, die sich gut  bewährt hat, so     dass    man eine Vorstellung       des    praktischen     Ergebnisses    bekommt.  



       Fig.    .3 zeigt     :ein        Organ    30 an einem Kol  ben, das mit     einer    ebenen Walzfläche auf  einen mit einer Kegelfläche 31a     versehenen     Gleitschuh ,31 drückt, welcher die Kräfte auf  eine auf der     nichtgezeichneten    Maschinen  welle schräg     aufgekeilte        Scheibe    3:2 über  trägt.  



  Die     Konstruktion    nach der     Fig.    4     unter-          scheidet    sich von der soeben     beschriebenen     nur darin,     dass-        die    Walzfläche     :des    Organes  30 eine Kegelflüche, ist und     dass    die Kegel  fläche 35 .des     Gleitschuhes    einen entspre  chend .grösseren     @Offnungswinkel    aufweist.  



  Nach     Fi,g.    5 und 5a     sind        :die        Wälzflächen     der     Gleitschuhe    31,     311a    zwecks     Entlastung     der     Zentrierorgane        :

  eben    und die     Gleitschuhe     31a und 31 .greifen mit einem     Ansatz        81b          bezw.   <B>ZU</B>     zwischen    Vorsprünge 39 des Kol  benteils 38 und sind so am Drehen verhin  dert, das durch     die        Zunahme    der Drehge  schwindigkeit der schrägen     Scheibe    von in  nen nach aussen bewirkt     würde.     



  Nach     Fig.    6     besitzen        die    Gleitschuhe  einen Rand 37, auf den sich die Kegel mit,  einer Gleitfläche     ;abstützen,    so dass das Zen  trierorgan     entlastet    wird.  



  Nach     Fig.    7 ist     zwischen    einer Kegel  scheibe 40 an einem Gleitschuh und einem  Kegel 41 am Kolben ein     Rollkörper    42     an-          geordnet,    der zwei mit     Jeu        Basisflächen    ein-    an-der zugekehrte Kegelflächen 43 und 44  aufweist.

   Die     .Summe    der     Neigungswinkel     sämtlicher     Kegelflächen        entspricht    dem     Nei-          gungswinkel    der in     nicht    gezeichneter Weise  auf der Welle fest     .angeordneten    schrägen       Scheibe    45.

   Weil die     Neigungswinkel    der  Kegel     nun    sehr klein     sind,    sind die     Krüm.-          mungsmadiender    Kegelfläche (also auch die       Durchmesser    der     dünnen    Rollen,     woraus.    man  sich den Kegel     zusammengestellt        denkt)    und  damit ihre     Tragfähigkeit        .sehr    gross.

   Diese       Ausführungsform        ist    für schwere Motoren  mit hohen     Kolbendrücken.        vorteilhaft.     



       Die        Rollkörper    sind     mittels        Zentrierorga-          nen    46     und    47 ähnlich den     Zentrierorganen     20 und 211 in     Fig.    1 sowohl     im    Kegel 41, als  auch in der     Kegelscheibe    40     zentriert.    Statt  der     schrägen    Scheibe 45 könnte auch     eine          Taumelscheibe        angeordnet        ;sein.     



  Bei der     Konstruktion    nach     Fig.    8 ist die       Kegelfläche        des        Wälzkörpers,    48 durch     eine          Um:drehungsfläehie        ersetzt,    so     :dass    -der Wälz  körper am     Gleitschuh        nur    in     :einem    Punkte     P     aufliegt, d     er    etwa     in    der     Mitte    zwischen dem  Rand und der     Mitte    des Gleitschuhes liegt.

    Damit     wird        verhindert,        dass    :der     Wälzkörper     am Umfang zu viel trägt und     dass    dort die  Flächendrücke sehr .hoch     werden,    so     :dass    das       Material,        wie    das in der     Praxis        festgestellt     wurde, am Kegelumfang     ermüdet.    Es gibt  auf den Kegeln     :eine        Stelle        B,    wo der     Krüm-          mungsradius    so gross;

       ist,        :da3    diese Stelle :ge  mässe der     StribeWschen    Formel die Belastung  tragen     kann..    Es     ist        erwünscht,        @d-ass@    der       Wälzkörper    immer nur an dieser     Stelle        P     in     Fig.    8     trägt.    Der     Krümmungsradius    des       Wälzkörpers,    48 in der Ebene senkrecht zur       Zeichenebene,

      die also die     Kolbenachse        p-p     schneidet,     se:    r.  



  Der     Krümmungsmittelpunkt    M     oder        Meri-          diankurve    der     Umdrehungskörper    im Punkt  R liegt nahe     bei    der     Achse        p-p    !des     Um-          drehungskörpers.        Würde    er .dort sein, so       wäre    .die Fläche 48 .in :

  der Zone     B    ein     Kugel-          segment.    Dann könnte man die     iStribeek'sche     Formel für eine Kugel auf     einer    Ebene an  wenden<I>P = k .</I>     (2r)2,    wo,<I>r</I> der     Krümmungs-          radius        ist.              In        einem        praktischen    Falle betrage zum       Beispiel    die     Axialbelastung        K'    =<B>2130</B> kg.

    Man wählt nun 2r = 12. cm, so     dass    die zu  lässige     Belastung    P - k.     (2r)2    bei einem  k = 40 .gleich 57:60 kg     wird.    Der     Sicherheits-          koeffizient    beträgt dann etwa 2,5. Je       kleiner    die     Fläche    48     'isst,        umso    weniger       exzentrisch        wird    oder Gleitschuh belastet.

   Der       Walzkörper    48 kann sich auch etwas einstel  len, ohne     dass    der     Abstand    :der     Druckkraft     sieh     stark        ändext.     



       Fig.    9 zeigt,     dass        der    Wälzkörper 48 ge  schliffen     wird,    indem     eine    Schleifscheibe 49       gemäss,        einem    Bogen,     bg    um den Punkt M       (F'ig.    8) bewegt     wird,    wobei der     Wälzkörper     48 sich. um die Achse     s-s    dreht.  



  In     Fig.    10     sind    die     Wälzkörper    Ringe 50,       die    sich in     ringförmigen,    Pfannen 51     bezw.     52 der Gleitschuhe 53 und der     Taumelscheibe     54     abwälzen.    Die Gleitflächen am Kolben  sind mit 5,5 bezeichnet.

   Ein Ring, der in  einer Rinne liegt, hat eine sehr grosse Trag  fähigkeit, d. h. da     s#    k ist     sehr    grosse. Überdies  wird hier eine vorzügliche     Schmierung    erhal  ten.     Das,Öl    wird durch die Ringe immer in  den Rinnen     fortgetrieben    und zirkuliert in       letzteren.    Die     Ringe    ruhen auf einem Öl  film, .der besonders     gute        Eigenschaften    auf  weist,

       weil    die Dicke des     Ölfilmes    sich in  einem     keilförmigen    Raum     zwischen    den Rin  gen und den     Rinnen        verkleinert.    Die     Ringe     stehen schräg     in    :den     Rinnen.     



  Diese     Kons.trulrhon    kann ohne jegliches       Geräusch    arbeiten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Kolbenmaschine mit mehreren zur Ma schinenwelle parallelen: Zylindern, deren Kolben mit einer auf der Maschinenwelle schräg angeordneten Seheibe mittels Gleit schuhen in kraftschlüssiger Verbindung ste hen, welche Gleitschuhe im Betriebe auf Wälzkörpern abrollen, dadurch gekennzeich- net,

   dass aufeinander abwälzende Flächen ge mäss der Stribeck'schen Formel mit einem Sicherheitsfaktor von höchstens 5 bemessen sind. UNTERANSPR'tl'CHE 1.

   Kolbenmaschine nach Patentanspruch, mit einer auf einer schrägen Kurbel ge lagerten Taumelscheibe, deren mit den Gleitschuhen zusammenarbeitende Flä- chen Kegelflächen mit der Achse parallel zur schrägen Kurbel sind, -dadurch ge- kennzeichnet, dass-die Kegelfläche klein ist, damit der Gleitschuh möglichst zen tral belastet wird. 2.

   galbenmaschine nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegel fläche der Taumelscheibe mit einer Ke- gelflIche des Gleitschuhes zusammen arbeitet, und @dass die Summe der Nei- gungen der Mantellinien. der beiden Ke gel zur Basisflüche gleich dem Neigungs- winkel der schrägen Kurbel zur Wellen- axe ist. 3.

   Kolbenmaschine nach Patentanspruch, mit einer auf einer schrägen. Kurbel ge lagerten Taumelscheibe, dadurch gekenn zeichnet, dass die mit den Gleitschuhen zusammenarbeitenden Flächen Umdre hungsflächen mit der Achse parallel zur schrägen Kurbel sind, und dass die Meri- dianlinie der Umdrehungsfläche an der Berührungsstelle ein Kreisbogen ist,

   des sen Mittelpunkt wenigstens nahe bei der Axe der Umdrehungsfläche liegt. 4. Kalbenmaschine nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen ,den gegelflä@chen der Taumels:cheibe und den Gleitschuhen Wälzkörper angeord- net sind. 5.

   Kolbenmaschine nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die V\älz- körper zwei milden Basisflächen einan- der zugekehrte Kegelflächen aufweisen, wobei die Summe ,

   der Neigungen der Er zeugenden sämtlicher Kegelflächen zur Basisfläche gleich dem Neigungswinkel .der schrägen Kurbel zur Mas-ehinenwel- lenaxe ist.

   6. Kolbenmaschine nach Unteranspruch 4, mit einer Taumelscheibe, dadurch ge kennzeichnet, @dass zwischen den Gleit- schuhen und,der Taumelscheibe ringför- mige Wälzkörper angeordnet sind, die sich in ringförmigen Rinnen der Tau melscheibe und der Gleitschuhe abwäl zen.

   7. Kolbenmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass, die Gleit- schuhe auf einer Seite einen Ansatz zur Sicherung gegen Drehen besitzen. B. Kolbenmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mitte ,der aufeinander abrollenden Flächen un ter Federwirkung stehende Zentrieror- gane angeordnet sind.

   9. Kolbenmaschine nach den Unteransprü chen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mitte jedes Wälzkörpers ein unter Federwirkung stehendes, axial ver schiebbares Zentrierorgan angeordnet ist, ,das mit einem halbkugeligen Kopf in eine halbkugelige Pfanne in der mit ,den Wälzkörpern zusammenarbeitenden Fläche des Gleitschuhes eingreift.

   10. Kolbenmaschine nach Patentanspruch, dadurch :gekennzeichnet, dass die schräge Scheibe fest auf der Maschinenwelle, an geordnet ist, und dass zwischen. die Axial belastung aufnehmenden Kegelflächen ,der Scheibe und jedes Gleitschuhes Wälz körper mit zwei mit den Grundflächen einander zugekehrten Kegelflächen vor gesehen sind,

   wobei die Summe der Nei gungen der Erzeugenden .sämtlicher Ke gelflächen gleich dein Komplementwin- kel .der Neigung der schrägen :Scheibe zur Maeehixi.enwellenaxe ist.

   11. Kolbenmaschine nach Patentanspruch, mit einer fest auf der Maschinenwelle angeordneten schrägen Scheibe, -dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gleitschuh mit einer ebenen Fläche versehen ist, auf der .ein im Kolben fester Wälzkörper mit .einer Kegelfläche abrollt.

   122 Kolbenmaschine nach Patentanspruch, mit einer .auf der Maschinenwelle fest angeordneten schrägen Scheibe, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gleitschuh mit einer Kegelfläche, versehen ist, auf der ein im Kolben fester Wälzkörper mit einer Kegelfläche abrollt.

   <B>13.</B> Kolbenmaschine nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in @dex Mitte der Kegelflächen ein Zentrierargan unter Federwirkung verschiebbar angeordnet ist, sdas mit einem halbkugeligen Kopf in eine Pfanne in der ebenen;

   Fläche ,des Gleitschuhes eingreift. 14. Kolbenmaschine nach Unteranspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Kegelfläche am Walzkörper zusammen arbeitende Fläche des Gleitschuhes von einem Rand umgeben ist, worauf sich eine Fläche ,des Wälzkörpers abwälzt.

   15. Kolbenmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicher heitsfaktor in der Stribeck'schen Formel zwischen 2- und 5 liegt.