Hubkolbenmechanismus

Abstract

 Hubkolbenmechanismus, der als Motor, Pumpe oder insbesondere Volumenzähler verwendbar ist, mit einem Zylindergehäuse (H), in dessen Zylinderraum ein Kolben (D) hin- und herverschiebbar ist, von welchem der Zylinderraum in zwei stirnseitig des Kolbens ausgebildete Arbeitsräume (V1, V2) unterteilt ist, dessen beiden Totpunktlagen einander überlappen, und mit einer absperrbaren Einlaßöffnung (b) und einer absperrbaren Auslaßöffnung (k), die in den Zylinderraum münden und jeweils abwechselnd mit dem einen Arbeitsraum (V1) und dem anderen Arbeitsraum (V2) verbindbar sind. Die Einlaßöffnung (b) und die Auslaßöffnung (k) sind am Umfang des Zylinderraumes in dessen Axialmitte einander diametral gegenüberliegend angeordnet, wo sie in jeder Kolbenlage von den Kolben (D) überdeckt sind. Der Kolben (D) weist Kanäle (b1, b2, k1. k2) auf, die am Kolbenumfang gegeneinander versetzt münden und in den Totpunktlagen des Kolbens (D) von dem Zylindergehäuse (H) gegen die Einlaßöffnung (b) und die Auslaßöffnung (k) abgesperrt sind und in den Totpunktlagen paarweise beidseitig der Einlaßöffnung (b) bzw. der Auslaßöffnung (k) liegen. Der Kolben ist mittels eines Steuermechanismus während des Kolbenhubes derart hin- und herverdrehbar, daß in den Kolbenlagen zwischen den Totpunktlagen die Arbeitsräume (V1, V2) über die zugeordneten Kanäle (b1. b2, k1. k2) entsprechend der jeweiligen Verschiebungsrichtung des Kolbens (D) abwechselnd mit der Einlaßöffnung (b) oder der Auslaßöffnung (k) verbunden sind (Fig. 1a, 1b).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenmechanismus, der als Motor, Pumpe oder insbesondere Volumenzähler verwendbar ist und mit einem gasförmigen oder vorzugsweise flüssigen Arbeitsmedium arbeitet. Der Hubkolbenmechanismus weist ein Zylindergehäuse, in dessen Zylinderraum ein Kolben hin- und herverschiebbar ist, von welchem der Zylinderraum in zwei stirnseitig des Kolbens ausgebildete Arbeitsräume unterteilt ist, dessen beiden Totpunktlagen einander überlappen, und eine absperrbare Einlaßöffnung und eine absperrbare Auslaßöffnung auf, die in den Zylinderraum münden und jeweils abwechselnd mit dem einen Arbeitsraum und dem anderen Arbeitsraum verbindbar sind.

[0002] Hubkolbenmechanismen dieser Art (sog. Volumenverdrängungsmaschinen) sind in zahllosen Variationen bekannt. Diese Maschinen können entweder als Pumpen oder als Motoren betrieben werden. Eine spezifische Art der Hubkolbenmechanismen wurde durch die Volumenverdrängungs-Durchflußmesser oder Volumenzähler bekannt. Durch diese Vorrichtungen wird das hindurchfließende Arbeitsmedium auf in ihren Volumina bestimmte Teilmengen verteilt und diese Teilmengen werden dann als solche weitergefördert. Das Meßverfahren besteht im wesentlichen in dem Zählen der Teilmengen bestimmten Volumens. Bei geeigneter Ausführungsform werden diese Vorrichtungen auch als Pumpen betrieben (im allgemeinen sind diese als Dosierpumpen kleinerer Leistung ausgebildet).

[0003] Entsprechend der Betriebsart dieser Vorrichtungen (wie im allgemeinen bei den Kolbenmaschinen) erfolgt der Ein- bzw. Auslaß des hindurchströmenden Arbeitsmediums in den bzw. aus dem Zylinderraum dadurch, daß das Absperren und das Öffnen der Ein- und Auslaßöffnungen automatisch gesteuert durchgeführt werden. Hierzu ist eine Steuerung erforderlich, durch welche die Ein- und Auslaßöffnungen in den Totpunktlagen des Kolbens derart geöffnet und geschlossen werden, daß in der Betriebsart als Volumenzähler durch das einströmende Arbeitsmedium der Kolben in die jeweils entgegengesetzte Totpunktlage gedrückt wird und in der Betriebsart als Pumpe das durch den Kolben in den einen Arbeitsraum eingesaugte Arbeitsmedium ausgegeben und dabei die nächste Teilmenge des Arbeitsmediums in den anderen Arbeitsraum eingesaugt wird.

[0004] Bei bekannten Ausführungsformen werden zu diesem Zweck verschiedene Fühlinstrumente und Umschalter verwendet.

[0005] Bekannt sind auch verschiedene elektronische Einrichtungen (z.B. HU-A-146 035), die jedoch Hilfsenergie benötigen. Wenn diese Hilfsenergie ausbleibt, wird durch diese Störung nicht nur das Meßverfahren unterbrochen sondern auch die Strömung des Arbeitsmediums. Dies ist jedoch in manchen Fällen unzulässig. Durch mechanische Vorrichtungen kann dieses Problem praktisch beseitigt werden. Wenn nämlich der Kolben in seine Totpunktlage geführt wird (mechanische Lagenbestimmung, Umschaltung) so wird dadurch ein Mechanismus betätigt, der mittelbar oder unmittelbar das Absperren _bzw. Öffnen der Ein- und Auslaßöffnungen auslöst. Eine derartige Ausführungsform ist aus der HU-A-171 771 bekannt. Hierbei wird der Kolben aus der Totpunktlage mit Hilfe eines rederspeichers weiterbewegt.

[0006] Ein Nachteil dieses Mechanismus besteht darin, daß die für die impulsartiγ Funktion der Umschalter gespeicherte Energie aus der Druckenergie des abzumessenden Arbeitsmediums stammt, wodurch der für das Hindurchtreiben des Arbeitsmediums erforderliche Druck vergrößert wird.

[0007] Ein weiterer Nachteil besteht in dem komplizierten Aufbau des Mechanismus und außerdem darin, daß die miteinander in Berührung kommenden Bestandteile des Umschalters einem intensiven Verschleiß ausgesetzt sind. Als weiterer Nachteil kann erwähnt werden, daß infolge der impulsartigen Betätigung des Schaltgliedes dessen Bewegungsperiode nicht derart gestaltet werden kann, daß eine gleichmäßige Teilmengenströmung während der Bewegungsperiode des Kolbens erzielt wird. Die Auflösungsfähigkeit wird daher durch die Hublänge _bzw. das Hubvolumen des Kolbens begrenzt.

[0008] Die Firma Fluidyne Instrumentation (Oakland, Kalifornien) hat eine Serie Durchflußmengenmesser entwickelt. Mit Hilfe der Serie 220 können die aufgezählten Nachteile teilweise eliminiert werden. Die Durchflußmengenmesser weisen vier um 90° gegeneinander versetzte Kolben auf, die paarweise betätigt werden. Die Kolben sind über Gelenke an eine in der Mitte angebrachte Kurbelwelle angeschlossen, von deren Umdrehungszahl der Mengenmeßwert abgeleitet wird.

[0009] Bei dieser Konstruktion führen die Kolben bereits nicht nur die Positionsbestimmung sondern auch die Umschaltung durch, da in dem die Kolbenzylinder umgebenden Körper Räume ausgebildet sind, wodurch der innere Raum eines beliebigen Kolbens (in einer seiner Totpunktlagen) mit dem äußeren Raum des nach der Drehrichtung nächstfolgenden Kolbens, und der äußere Raum des nach der Drehrichtung vorhergehenden Kolbens mit der Auslaßöffnung mittels einer an dem Mantel des vierten Kolbens vorgesehenen Nut verbunden werden. Die vier Kolben weisen einen gemeinsamen inneren Raum auf, in welchen das abzumessende Arbeitsmedium eintritt.

[0010] Durch diesen Kolbenmechanismus werden zwar die erwähnten Probleme der früheren Konstruktionen mit mechanischer Umschaltung beseitigt. Jedoch ist sein Aufbau sehr kompliziert und erfordert eine sehr genaue Bearbeitung. Die die Kolben mit der Kurbelwelle verbindenden Gelenkarme müssen an beiden Enden mit Rollenlagern versehen werden und außerdem muß im Gehäuse ein zusammengesetztes Hohlraumsystem ausgebildet werden. Ein weiterer Nachteil dieser Konstruktion liegt darin, daß sie zumindestens drei Kolben, wenn sie als Durchflußmengenmesser betrieben wird, bzw. zwei Kolben aufweisen muß, wenn sie als Pumpe betrieben wird. Um einen gleichmäßigen Gang zu erreichen, sind am besten drei oder mehr Kolben erforderlich.

[0011] Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, die erwähnten Nachteile zu beheben und einen Hubkolbenmechanismus mit den eingangs erwähnten Merkmalen so auszubilden, daß bei einfachem, verschleißarmen Aufbau ein zuverlässiger Betrieb insbesondere bei seinem Einsatz als Volumenzähler erzielbar ist.

[0012] Zu diesem Zweck ist durch die Erfindung ein Hubkolbenmechanismus geschaffen, der mit einem einzigen Kolben als Pumpe und mit zwei Kolben als Volumenzähler bei annähernd gleichmäßigem Strömungsdurchsatz verwendbar ist. Der erfindungsgemäße Hubkolbenmechanismus behält die Vorteile der bekannten Konstruktionen ohne Umschalter und ohne einen die Kolbenlage bestimmenden Mechanismus. Es ist kein spezieller Kurbelmechanismus und kein spezielles Verbindungsraumsystem im Gehäuse erforderlich. Die Einrichtung ist einfach aufgebaut und kann einfach hergestellt und montiert werden. Der erfindungsgemäße Hubkolbenmechanismus ist äußerst betriebssicher. Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß dann, wenn der Kolben während seiner axialen Hin- und Herbewegung auch um seine eigene Achse hin- und hergedreht wird, mit Hilfe von am Kolbenumfang ausgearbeiteten Kanälen sowohl die Lagebestimmung wie auch die Umschaltung zustande gebracht werden können. Zu diesem Zweck ist der Antriebsmechanismus für den Kolben derart gestaltet, daß jeder Punkt der Kolbenumfangsfläche während der axialen Hin- und Herbewegung zwischen den beiden Totpunktlagen sich in einer geschlossenen, in sich zurückkehrenden Bahn bewegt, wobei durch die Kanäle in bestimmten Axiallagen bzw. Winkellagen des Kolbens entsprechende Verbindungen von den Arbeitsräumen zu der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung geschaffen bzw. dieselben unterbrochen werden können.

[0013] Der erfindungsgemäße Hubkolbenmechanismus weist somit zumindest einen Kolben in dem Zylinderraum eines Zylindergehäuses auf. An dem Zylinderraum sind eine oder mehrere Ein-und Auslaßöffnungen ausgebildet. Die Länge des Kolbens ist auf den Kolbenhub derart abgestimmt, daß die beiden Totpunktlagen des Kolbens einander überlappen, d.i. daß der Kolbenhub kleiner als die Kolbenlänge ist. Erfindungsgemäß sind die Auslaßöffnung und die Einlaßöffnung am Umfang des Zylinderraumes dort ausgebildet, wo sie in jeder Kolbenlage von dem Kolben überdeckt sind. Der Kolben weist wenigstens zwei mit jeweils einem der Arbeitsräume stirnseitig des Kolbens verbundene Kanäle auf, die am Kolbenumfang gegeneinander versetzt münden und in den Totpunktlagen des Kolbens von dem Zylindergehäuse gegen die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung abgesperrt sind. Der Kolben ist mittels eines Steuermechanismus während des Kolbenhubs derart hin- und herverdrehbar, daß in den Kolbenlagen zwischen den Totpunktlagen der eine Kanal mit der Einlaßöffnung und der andere Kanal mit der Auslaßöffnung verbunden ist.

[0014] Vorzugsweise weist der Kolben vier Kanäle auf, die in seinen Totpunktlagen paarweise beidseitig der Einlaßöffnung bzw. der Auslaßöffnung angeordnet sind. Hierbei ist von den Kanälen jedes Kanalpaares der eine mit dem einen Arbeitsraum und der andere mit dem anderen Arbeitsraum verbunden.

[0015] Wenngleich die Kanäle als Bohrungen ausgebildet sein können, die einerseits an der betreffenden Stirnseite des Kolbens, und andererseits an seiner Umfangsfläche münden, wird es in Weiterbildung der Erfindung vorgezogen, die Kanäle als axiale Nuten an der Kolbenumfangsfläche auszubilden, wobei das eine Nutende geschlossen ist. Die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung liegen vorzugsweise diametral zum Kolben und in der Axialmitte des Zylinderraumes einander gegenüber. Da in der bevorzugten Lösung jeder dieser Öffnungen zwei Kanäle zugeordnet sind, die in den Totpunktlagen des Kolbens beidseitig der Einlaßöffnung bzw. Auslaßöffnung so angeordnet sind, daß sie mit dieser Öffnung nicht in Verbindung stehen, ist der entlang des Kolbenumfangs gemessene Abstand der beiden Kanäle des jeder der Öffnungen zugeordneten Kanalpaars größer als die entlang des Kolbenumfangs gemessene Abmessung der zugeordneten Öffnung. Vorzugsweise sind die am Kolbenumfang gemessenen Abstände der Kanäle zumindestens paarweise gleich.

[0016] Der Steuermechanismus, von welchem die Kolbenverdrehungen gesteuert werden, weist bevorzugt ein Antriebsrad auf, in dem ein Sitz in Form einer Bohrung für einen radial zum Kolben an dessen Umfangsfläche abstehenden Zapfen ausgebildet ist, wobei das Antriebsrad tangential zum Kolbenumfang verläuft. Da hierbei der Zapfen gegenüber der Bohrung während der Drehantriebsbewegung schräggestellt wird, ist der Durchmesser der Bohrung entsprechend größer als der Durchmesser des Zapfens.

[0017] Wenn in weiter bevorzugter Lösung ein zweiter Kolben in einem gesonderten Zylinderraum angeordnet ist, der parallel zu dem ersten Zylinderraum verläuft, sind für die Betriebsart als Volumenzähler die Kolben mittels des Steuermechanismus sowohl hinsichtlich ihrer Hubbewegung als auch hinsichtlich ihrer Drehbewegung phasenverschoben gesteuert, wobei ihre Einlaßöffnungen einerseits und ihre Auslaßöffnungen andererseits miteinander in Verbindung stehen, so daß der Durchsatz des durch die Vorrichtung hindurchströmenden Arbeitsmediums am Auslaß der Vorrichtung geglättet wird und daher die Strömung des Arbeitsmediums durch den Hubkolbenmechanismus möglichst wenig gestört wird. Dies läßt sich weiter verfeinern, wenn ein dritter oder vierter Kolben vorgesehen sind und sämtliche Kolben des Hubkolbenmechanismus sowohl hinsichtlich ihrer Drehbewegung als auch hinsichtlich ihrer Hubbewegung phasenverschoben gesteuert sind. Hierzu sind die Antriebsräder der Kolben als miteinander kämmende Zahnräder ausgebildet.

[0018] Die Erfindung wir anhand der Zeichnung erläutert, aus welcher ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hubkolbenmechanismus ersichtlich ist. In der Zeichnung zeigt:

Fig. la den Hubkolbenmechanismus schematisch im Längsschnitt, wobei sich der einzige Kolben in seiner einen Totpunktlage befindet,

Fig. lb den Hubkolbenmechanismus im Querschnitt entlang der Schnittlinie B-B aus Fig. la,

Fig. 2a den Längsschnitt, wobei sich der Kolben in seiner Mittellage befindet,

Fig. 2b den Schnitt entlang der Schnittlinie B-B aus Fig. 2a,

Fig. 3a den Längsschnitt mit dem Kolben in dessen anderen Totpunktlage,

Fig. 3b den Schnitt entlang der Schnittlinie B-B aus Fig. 3a,

Fig. 4a den Längsschnitt mit dem Kolben in dessen Mittellage auf seinem Rückweg in die erste Totpunktlage,

Fig. 4b den Schnitt entlang der Schnittlinie B-B aus Fig. 4a,

Fig. 5 ein Diagramm, welches den Durchsatz des Arbeitsmediums in Abhängigkeit von der Drehlage des Kolbens darstellt,

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Kolben im Querschnitt entsprechend der Schnittlinie VI-VI aus Fig. 7,

Fig. 7 den Längsschnitt des Hubkolbenmechanismus aus Fig. 6 entlang der Schnittlinie VII-VII,

Fig. 8 den Längsschnitt des Hubkolbenmechanismus aus Fig. 6 entlang der Schnittlinie VIII-VIII und

Fig. 9 den Längsschnitt des Hubkolbenmechanismus aus Fig. 6 entlang der Schnittlinie IX-IX.

[0019] Aus den Fig. 1-4 ist der erfindungsgemäße Hubkolbenmechanismus schematisch ersichtlich, wobei die ausgezeichneten Kolbenlagen während eines Arbeitsspiels des Mechanismus dargestellt sind.

[0020] Der Hubkolbenmechanismus weist ein Zylindergehäuse H auf, in dessen Zylinderraum ein Kolben D geführt ist, durch welchen der Zylinderraum in zwei Arbeitsräume V1 und V2 unterteilt ist, die an den beiden Stirnseiten des Kolbens D ausgebildet sind. Die Länge des Kolbens ist größer als der Kolbenhub, so daß die beiden Totpunktlagen, die aus den Fig. la und 3a ersichtlich sind, einander in der Axialmitte des Zylinderraumes überlappen. Innerhalb dieses Überlappungsbereiches sind in der Axialmitte des Zylinderraumes eine Einlaßöffnung b und eine Auslaßöffnung k ausgebildet, die einander diametral zum Kolben D gegenüberliegen, so daß sie in jeder Kolbenlage von der Umfangsfläche des Kolbens überdeckt sind.

[0021] lr der Umfagsfläche des Kolbens D sind vier als Axialnuten ausgebildete Kanäle bl, b2 und kl, k2 ausgearbeitet, von denen die Kanäle bl und b2 der Einlaßöffnung b, und die Kanäle kl, k2 der Auslaßöffnung k zugeordnet sind. Die jeder der Öffnungen b, k zugeordneten beiden Kanäle bl, b2 bzw. kl, k2 münden an einander entgegengesetzten Stirnseiten des Kolbens D in den Arbeitsraum V1 bzw. V2, wohingegen ihr anderes Nutende geschlossen ist. Ferner münden die einander diametral zum Kolben gegenüberliegenden Kanäle bl, k2 bzw. b2, kl ebenfalls an unterschiedlichen Stirnseiten des Kolbens D derart, daß bei den Kolbenbewegungen zwischen dessen Totpunktlagen stets derjenige der Arbeitsräume V1, V2, dessen Volumen sich soeben vergrößert, über einen der Kanäle bl, b2 mit der Einlaßöffnung b, und derjenige der Arbeitsräume V1, V2, dessen Volumen sich soeben verkleinert, über einen der Kanäle kl, k2 mit der Auslaßöffnung k verbunden werden.

[0022] Die Kanäle bl, b2 bzw. kl, k2 sind entlang des Kolbenumfangs in gleichen Winkelabständen voneinander versetzt angeordnet. Der am Kolbenumfang gemessene Abstand der beiden jeder der Öffnungen b, k zugeordneten Kanäle bl, b2 bzw. kl, k2 voneinander ist größer als die am Kolbenumfang gemessene Abmessung der Öffnungen b, k, so daß in den beiden lotpunktlagen des Kolbens (fig. 1b und 3b) die Kanäle bl, b2 beidseitig der Einlaßöffnung b, und die Kanäle k1, k2 beidseitig der Auslaßinf fnung k angeordnet sind und die Öffnung b, k zwischen ihnen von der Umfangsfläche des Kolbens D vollständig abgesperrt ist. Die Länge der Kanäle bl, b2 und kl, k2 ist jeweils derart gewählt, daß die Kanäle in jeder Kolbenlage sich mit wenigstens einem leil der Öffnungen b, k axial überlappen.

[0023] Der Kolben D wird durch einen Antriebsmechanismus gesteuert, so daß er in der Betriebsart als Pumpe arbeitet. Dabei führt der Kolben D außer seiner hin- und hergehenden Hubbewegung eine hin- und hergehende Drehbewegung um seine Kolbenachse aus und zwar derart , daß die Punkte A, die auf derjenigen Mantellinie der Kolbens liegen, die in der Mitte zwischen den Kanälen b1, b2 bzw. k1, k2 verläuft, durch die Überlagerung der Hubbewegung und der Drehbewegung des Kolbens eine in sich geschlossene Bahn beschreiben, die in der Projektion auf die diese Mantellinie enthaltende Tangentialebene des Kolbens eine Kreisbahn p ist. Jeder axialen Lage des Kolbens D ist daher eine genau bestimmte Winkellage des Kolbens zugeordnet. Wenn beispielsweise davon ausgegangen wird, daß in der einen Totpunktlage des Kolbens D gemäß Fig. la dessen Winkellage ϕ = 0 ist, kann man mit Hilfe des Winkels ϕ die Lage des Punktes A auf der Kreisbahn während der Kolbenbewegungen beschreiben. In Fig. 5 ist der Durchsatz der den Hubkolbenmechanismus durchströmenden Arbeitsflüssigkeit über dieser Winkellage ϕ mit der durchgezogenen Linie dargestellt.

[0024] In der Kolbenlage nach Fig. la mit ϕ = 0 besteht zwischen den Kanälen kl, k2 bzw. bl, b2 und der Auslaßöffnung k bzw. der Einlaßöffnung b, und damit zwischen diesen und den Arbeitsräumen V1, V2 keine Verbindung, so daß der Durchsatz Null ist. In der Kolbenlage nach Fig. 2a, wo sich der Kolben in der Mittellage zwischen seinen lotpunktlagen befindet und ϕ = 90° ist, nachdem der Kolben um 45° nach links verdreht wurde, ist die Einlaßöffnung b über den Kanal bl mit dem Arbeitsraum V1 verbunden, wohingegen die Auslaßöffnung k über den Kanal k2 mit dem Arbeitsraum V2 verbunden ist und der Strömungsdurchsatz ein Maximum erreicht. Die Arbeitsflüssigkeit verläßt durch den Kanal k2 und die Auslaßöffnung k den Arbeitsraum V2, während sie in den Arbeitsraum V1 durch die Einlaßöffnung b und durch den Kanal bl einströmt.

[0025] In der Lage nach Fig. 3a ist ϕ = 180°, wobei sich der Kolben D in seiner anderen Totpunktlage befindet, bei der die Verbindung zwischen den Kanälen bl, b2 bzw. k1, k2 mit der Einlaßöffnung bzw. der Auslaßöffnung unterbrochen ist, nachdem der Kolben D aus der Drehlage nach fig. 2h um 45° in die Ausgangsdrehlage zurückgekehrt ist. In dieser Kolbenlage ist der Strömungsdurchsatz wieder Null. Danach wird der Kolben D in die andere Drehrichtung verdreht, bis er nach einer Verdrehung um 45° die Drehlage nach Fig. 4b erreicht, in welcher ϕ = 270° ist und sich der Kolben entsprechend Fig. 4a wieder in seine Axialmittellage befindet. Hierbei ist der Arbeitsraum über den Kanal kl mit der Auslaßöffnung k verbunden, während der Arbeitsraum V2 über den Kanal b2 mit der Einlaßöffnung b verbunden ist und der Strömungsdurchsatz der Arbeitsflüssigkeit wieder ein Maximum erreicht. Danach kehrt der Kolben in seine erste Totpunktlage nach Fig. la zurück, so daß sich bis dahin der Punkt A um 90° entlang der Kreisbahn p wieder in seine Ausgangslage bewegt.

[0026] Der Strömungsdurchsatz schwankt daher entsprechend der ausgezogenen Linie in Fig. 5 während der Bewegung des Kolbens zwischen seinen Totpunktlagen zwischen Null und einem Maximum. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Hubkolbenmechanismus als Volumenzähler werden daher bevorzugt zwei oder mehr Kolben verwendet, deren Steuerbewegungen sowohl hinsichtlich ihrer Verdrehlagen als auch hinsichtlich ihrer Axiallagen phasenverschoben sind. Aus Fig. 5 ist mit gestrichelter Linie der Strömungsdurchsatz v über der Winkellage ϕ des Punktes A des zweiten Kolbens aufgetragen. Sind daher die Einlaßöffnungen b der beiden Zylinderräume einerseits und die Auslaßöffnungen k der beiden Zylinderräume andererseits miteinander verbunden, so vergleichmäßigt sich der Strömungsdurchsatz der Arbeitsflüssigkeit entsprechend der strichpunktierten Linie in Fig. 5, die den resultierenden Durchsatz darstellt.

[0027] Aus den Fig. 6-9 ist ein Ausführungsbeispiel für einen derartigen Hubkolbenmechanismus mit zwei phasenverschoben gesteuerten Kolben ersichtlich. Die Achsen der beiden Kolben 2, 3 verlaufen parallel und sind innerhalb des ihnen gemeinsamen Zylindergehäuses 1 in gesonderten Zylinderräumen 20, 21 geführt. Die Kolben 2, 3 sind entsprechend der Konstruktion nach den Fig. 1-4 mit den Auslaßkanälen kll, k21, k22, kl2 und mit den Einlaßkanälen bll, b21, b22, b12 versehen. Im Zylindergehäuse 1 sind unterhalb der Kolben 2, 3 die Einlaßöffnungen 22 und 23 ausgebildet, die an einen ihnen gemeinsamen Einlaßkanal 19 angeschlossen sind, wohingegen die oberhalb der Kolben 2, 3 in dem Zylindergehäuse 1 ausgebildeten Auslaßöffnungen 26, 27 an einen ihnen gemeinsamen Auslaßkanal 28 angeschlossen sind.

[0028] Die Zylinderräume 20, 21 werden durch die Kolben 2, 3 in die Arbeitsräume Vll, V21 bzw. V12, V22 unterteilt. Die Kolben 2, 3 sind bezüglich der Winkellagen ϕ der Kolbenpunkte Al, A2 um 90° phasenverschoben gesteuert. Wenn sich daher der Kolben 2 in seiner axial mittleren Lage befindet, so befindet sich der zweite Kolben 3 in einer seiner axialen Endlagen (vgl. Fig. 7). Die beiden Kolbenpunkte Al, A2 beschreiben während der Kolbenbewegung eine in sich geschlossene Bahn, die in der senkrechten Projektion auf die die beiden Kolbenachsen enthaltende Schnittebene VII-VII aus Fig. 6 identische Kreisbahnen pl und p2 sind.

[0029] Der Steuermechanismus für die Kolben 2, 3 besteht aus zwei miteinander kämmenden Zahnrädern 9, 10, die an der Austrittsseite des Zylindergehäuses 1 derart angeordnet sind, daß ihre Achse die Achse des zugeordneten Kolbens 2, 3 senkrecht schneidet. Die Kolben 2, 3 weisen jeweils auf der Kolbenmantellinie, die in der Mitte zwischen den Kolbenkanälen kll, k21 bzw. k22, k2 verläuft, einen radial zum Kolben vorstehenden Zapfen 4, 5 auf, der in einen Sitz 24, 25 in Form einer Bohrung eingreift, die in einer Steuerscheibe 7, 8 an der Unterseite der Antriebsräder 9, 10 parallel zu deren Achsen ausgebildet ist. Der Bohrungsdurchmesser ist entsprechend des größten Winkels, den die Zapfenachse mit den Achsen der Antriebsräder 9, 10 einschließt (vgl. Zapfen 4 in der linken Hälfte der Fig. 6) großer als der Zapfendurchmesser. Die Sitze 24, 25 sind jeweils exzentrisch zu der Achse der Antriebsräder 9, 10 angeordnet und en sprerhend der Phasenverschiebung von 90^u gegeneinander versetzt.

[0030] Die Welle 12 des einen Antriebsrades 10 ist über ein Kugellager 14 aus dem Zylindergehäusedeckel herausgeführt und trägt einen unter dem Deckel 11 angeordneten Magneten 13, der in der Betriebsart des Hubkolbenmechanismus als Volumenzähler als Drehzahlzähler dient. Die Welle 16 des zweiten Antriebsrades 9 ist als Antriebswelle in dem Kugellager 18 gelagert und aus dem Zylindergehäusedeckel mittels der Dichtung 17 abgedichtet herausgeführt. Während in der Betriebsart des Hubkolbenmechanismus als Volumenzähler die Kolben von dem Druck des strömenden Arbeitsmediums angetrieben werden, erfolgt ihr Antrieb in der Betriebsart als Pumpe über die Antriebswelle 16, die auch in der Betriebsart des Hubkolbenmechanismus als Motor, der von dem strömenden Medium angetrieben wird, als Abtriebswelle dienen kann. Die phasenverschobene Anordnung der Kolben 2, 3 trägt in den Betriebsarten des Hubkolbenmechanismus, in welchem seine Kolben von dem strömenden Medium angetrieben werden, zur Überwindung der lot punktlagen der Kolben bei. Die Betriebsweise des Hubkolbenmechanismus aus den Fig. 6-9 entspricht derjenigen, die anhand der Fig. 1-4 erläutert wurde.

Ansprüche

1. Hubkolbenmechanismus, der als Motor, Pumpe oder insbesondere Volumenzähler verwendbar ist, mit einem Zylindergehäuse (H), in dessen Zylinderraum ein Kolben (D) hin- und herverschiebbar ist, von welchem der Zylinderraum in zwei stirnseitig des Kolbens ausgebildeter Arbeitsräume (VI, V2) unterteilt ist, dessen beiden Totpunktlagen einander überlappen, und mit einer absperrbaren Einlaßöffnung (b) und einer absperrbaren Auslaßöffnung (k), die in den Zylinderraum münden und jeweils abwechselnd mit dem einen Arbeitsraum (VI) und dem anderen Arbeitsraum (V2) verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (b) und die Auslaßöffnung (k) am Umfang des Zylinderraumes an solchen Stellen angeordnet sind, an welchen sie in jeder Kolbenlage von dem Kolben (D) überdeckt sind, daß der Kolben (D) wenigstens zwei mit jeweils einem der Arbeitsräume (V1, V2) verbundene Kanäle (bl, b2, kl, k2) aufweist, die am kolbenumfang gegeneinander versetzt münden und in den Totpunktlagen des Kolbens (D) von dem Zylindergehäuse (H) gegen die Einlaßöffnung (b) und die Auslaßöffnung (k) abgesperrt sind, und daß der Kolben (D) mittels eines Steuermechanismus (6) während des Kolbenhubes derart hin- und herverdrebar ist, daß in den Kolbenlagen zwischen den Totpunktlagen der eine Kanal (bl, b2) mit der Einlaßöffnung (h) und der andere Kanal (kl, k2) mit der Auslaßöffnung (k) verbunden ist.

2. Hubkolbenmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kolben (D) vier Kanäle (bl, b2, kl, k2) aufweist, die in den Totpunktlagen des Kolbens (D) paarweise beidseitig der finlaßöffnung (b) bzw. der Auslaßöffnung (k) angeordnet sind, wobei von den Kanälen (bl, b2 bzw. kl, k2) Jedes Kanalpaares der eine mit dem einen Arbeitsraum (V1) und der andere mit dem anderen Arbeitsraum (V2) verbunden ist.

3. Hubkolbenmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (bl, h2, kl, k2) an der Umfangsfläche des Kolbens (D) verlaufende Nuten sind, deren eines Nutende geschlossen ist.

4. Hubkolbenmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am Kolbenumfang gemessenen Abstände der Kanäle (bl, b2, kl, k2) zumindestens paarweise gleich sind.

5. Hubkolbenmechanismus nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (b) und die Auslaßöffnung (k) einander diametral zum Zylinderraum in dessen Axialmitte gegenüberliegen.

6. Hubkolbenmechanismus nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuermechanismus (6) ein Antriebsrad (9, 10) aufweist, in dem ein Sitz (24, 25) für einen radial zum Kolben (2, 3) an dessen Umfangsfläche abstehenden Zapfen (5) ausgebildet ist.

7. Hubkolbenmechanismus nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Kolben in einem gesonderten Zylinderraum angeordnet ist und die Kolben (2, 3) mittels des Steuermechanismus (6) sowohl hinsichtlich ihrer Hubbewegung als auch hinsichtlich ihrer Drehbewegung phasenverschoben gesteuert sind.

8. Hubkolbenmechanismus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (2, 3) über zwei miteinander kämmende Antriebsräder (9, 10) gekuppelt sind.

Zeichnung