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Radiatkolbenmaschine
Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine mit einem in einem Lagerring exzentrisch ange- ordneten Zylinderblock, der sternförmig angeordnete Bohrungen mit radial verschiebbaren Kolben besitzt und um eine Hohlachse drehbar ist, die je eine Öffnung für den Zu- und Abfluss der Druckflüssigkeit besitzt, wobei diese Öffnungen in der Richtung der Hohlachse grösser als in der Querrichtung sind.
Derartige Maschinen arbeiten in der Regel als Maschinen mit kurzem Hub, um die Exzentrizität zwischen Kolbenführung und Welle bei einer gegebenen Volumsleistung möglichst gering zu halten. Dadurch ergibt sich bei gegebener Volumsleistung die Notwendigkeit, einen grossen Zylinderquerschnitt zu verwenden. Bei der üblichen Anordnung der Durchlässe zwischen den Kolben und den Bohrungen in der Hohlachse ist die Anzahl der Zylinder durch den Umfang der Hohlachse begrenzt. Dadurch wird ein grosser Innendurchmesser des Zylinderblocks und ein entsprechend grosser Durchmesser der Hohlachse bzw. der dazwischengeschalteten Leitorgane erforderlich.
Es ist bekannt, zwischen Zylinderblock und Hohlachse eine Zwischenhülse einzuschalten, in welcher auf der Aussenseite der zylindrische Kolbenquerschnitt angebohrt ist, der nach der Innenseite zu in axialer Richtung längliche Durchlässe übergeht. Da die Länge dieser länglichen ovalen Durchlässe gleich dem Zylinderdurchmesser ist, ergibt sich eine wesentliche Querschnittsverengung am Übergang, wodurch Verluste an der Leistung und am Wirkungsgrad eintreten.
Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine derartige Anordnung zu schaffen, durch die ohne Verminderung des Wirkungsgrades und ohne Begrenzung der Leistung eine wesentlich grössere Anzahl von Zylindern am Umfang einer Hohlachse anzuordnen, als dies bei der bekannten Anordnung möglich ist, ohne dass eine Vergrösserung des Durchmessers der Hohlachse und damit der Grösse und des Gewichtes der Maschine erforderlich ist.
Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die Länge der radialen Öffnungen in Richtung der Hohlachse im an die Hohlachse angrenzenden Teil des Zylinderblockes grösser ist als der Durchmesser der Zylinderbohrungen.
Durch diese erfindungsgemässe Anordnung kann eine grosse Anzahl von Zylindern um eine Hohlachse von geringem Durchmesser angeordnet werden, wodurch die Leistung des Motors bzw. der Pumpe erhöht wird, während durch die kurzen Leitungswege und der dadurch bedingten raschen Schaltfolge von einem Zylinder zum andern die Leistung wesentlich verbessert wird.
Vorzugsweise vermindert sich die axiale Länge der Durchlässe auf das Mass der Zylinderbohrungen stetig und vergrössert sich die Breite der Durchlässe stetig auf das Mass der Zylinderbohrungen. Durch diese stetige Änderung der Masse wird eine gleichmässige Strömung erreicht, so dass die Strömungsverluste sehr gering gehalten werden.
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Durch die erfindungsgemässe Anordnung wird ein grosser Durchlassquerschnitt, ohne Vergrösserung des Durchmessers des Blockes und der Hohlachse, erreicht. Die vom Block in die Überleitkammer der
Hohlachse führenden Durchlässe sind an der Verbindungsstelle mit der Hohlachse axial bis über den Durchmesser der Zylinderbohrungen verlängert. Da die Querabmessungen der Durchlässe, d. h. die Ab- messungen in Umfangsrichtung der Hohlachse an der Verbindungsstelle, wesentlich geringer als der Durchmesser der Zylinderbohrungen sind, wird die Anordnung einer grossen Anzahl von Durchlässen ohne Erhöhung des Durchmessers der Hohlachse oder der Bohrung des Blockes an der Übergangsstelle ermöglicht.
Die erfindungsgemässe Anordnung kann in hydraulischen Pumpen oder hydraulischen Motoren jeder Bauart angewendet werden, in der radial bewegbare Kolben Flüssigkeit aus einer Hohlachse ansaugen, unabhängig davon, ob die Bewegung der Kolben nach aussen bzw. nach innen durch einen exzentrisch angeordneten Widerlagerring, eine Nocken-Folgeglied-Anordnung oder durch andere Mittel erreicht wird.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an einer mit einem Widerlagerring versehenen Radialkolbenmaschine erläutert.
In den Zeichnungen zeigt Fig. l einen Vertikalschnitt durch eine hydraulische Pumpe oder einen hydraulischen Motor gemäss der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie --2-2-- in Fig. l, Fig. 3 einen Horizontalschnitt entlang der Linie --3-3-- in Fig. 2, Fig.4 einen Schnitt entlang der Li- nie --4-4- in Fig. 2 und Fig. 5 eine Schrägansicht einer geometrischen Figur, die der Wandfläche eines von der Zylinderbohrung zur Welle führenden Durchlasses entspricht und aus der die Form dieser Durchlässe zu ersehen ist.
Die in den Zeichnungen dargestellte hydraulische, als Pumpe oder Motor verwendbare Maschi- ne-10-hat ein festliegendes Gestell --11-, in welchem im wesentlichen mittig eine Hohlachse --12-- in nicht dargestellten Lagern gelagert ist. Das Gestell --1-- hat Seitenwände --13 und 14--, welche als Montageplatten für das Gehäuse der Maschine dienen.
Das zylindrische Gehäuse --15-- der Maschine besitzt seitlich gegenüberliegende Führungsstangen --16 und 17-, die entweder aus einem Stück mit dem Gehäuse bestehen oder an das Gehäuse angesetzt sind. Die Führungsstange --16-- liegt axial verschiebbar in einer Bohrung --18-- der Seitenwand-14-. Die Seitenwand -13-- besitzt eine Bohrung --19--, in die eine Nabe mit einer Gewindebohrung eingesetzt ist, in der ein Stellrad --20-- drehbar gelagert ist. Die Führungsstange --17-- hat Aussengewinde -22-- und ist in die Nabe -21- eingeschraubt.
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trizität des Widerlagerringes kann auch eine beliebige bekannte Einrichtung verwendet werden.
Es kann auch das Gehäuse festliegen und die notwendige Exzentrizität durch Verschiebung der Hohlachse gegen das feststehende Gehäuse eingestellt werden.
Die Innenfläche --25-- des Gehäuses --15-- bildet eine ringförmige Lauffläche für ein Wälzlager.
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Anzahl zylindrischer Wälzkörper-27-, deren Abstand voneinander durch schmale nach aussen gerichtete Distanzrippen --28-- an der Aussenfläche des Widerlagerringes --26-- festgelegt ist.
In gewissen Anwendungsfällen ist es nicht notwendig, einen gegen das Gehäuse drehbaren Widerlagerring anzuordnen, sondern es kann der Widerlagerring ein Teil des Gehäuses selbst sein, wobei üblicherweise an den Kolben Rollen oder andere reibungsvermindernde Vorrichtungen vorgesehen sind.
Im Widerlagerring --26-- ist der axial um seine Hohlachse --12-- frei drehbare Zylinder- block -29-- gelagert. Er hat an der einen Stirnseite radiale Nuten --30,31-, durch die eine formschlüssige Antriebsverbindung mit der Kraftübertragungswelle --32-- hergestellt ist. Die Kraftübertragungswelle, die bei Verwendung als Motor als Abtriebswelle und bei der Pumpe als Antriebswelle dient, hat zwei axial verlaufende Mitnehmerfinger --33, 34--, die in die entsprechenden Radialnuten --30, 31-- eingreifen und damit eine Drehverbindung der Welle mit dem Block --29-- herstellen.
Der Zylinderblock hat die üblichen radial verlaufenden Zylinderbohrungen --35--. Die Anzahl dieser Bohrungen ist nicht begrenzt, jedoch ist üblicherweise eine ungerade Anzahl, im dargestellten Ausführungsbeispiel neun, vorgesehen.
Die Hohlachse hat einen axial verlaufenden Zuführ- undAbführkanal--36 bzw. 37--. Diese beiden
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Kanäle sind voneinander durch die Zwischenwand --2-- getrennt und münden in radiale Öffnun- gen --38, 39-- des Zylinderblockes-29-.
Der Zylinderblock hat eine axiale Mittelbohrung --40--, mit der er auf der Hohlachse drehbar gelagert ist. Vorzugsweise ist der Block im Lagerbereich der Hohlachse auf eine Axialabmessung verbreitert, die grösser ist als die Axialabmessung des Blockes an von der Welle entfernt liegenden Punkten.
Die axiale Verbreiterung des Blockes im Lagerbereich auf der Welle ist so gross, dass er die radialen Öffnungen-38, 39- über die ganze Länge überdeckt, wobei die seitlichen Enden --41 und 42der Bohrung --40-- vollständig dicht an der Hohlachse --12-- anliegen.
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Medium zwischen den Kammern --38, 39-- der Hohlachse und den Zylinderbohrungen --35-- bilden.
Es wurde festgestellt, dass die bei bekannten Maschinen auftretende Verminderung des Wirkungsgrades wesentlich darin ihre Ursache hat, dass die Durchlässe nicht zu einer drosselfreien und stetig verlaufenden Verbindung zwischen der Hohlwelle und den Zylinderbohrungen ausgebildet werden konnten. Es ist daher ein wesentliches Merkmal der Erfindung, dass die Durchgänge so ausgebildet sind, um die geschilderten Mängel zu beseitigen. Um dies ohne Vergrösserung der Gesamtabmessungen, insbesondere des Durchmessers der hydraulischen Pumpe oder des hydraulischen Motors zu erreichen, sind die Durch- lässe --P-- gemäss der Erfindung axial verlängert und in Querrichtung (d. h. in Umfangsrichtung) in dem an der Bohrung --40-- liegenden Teil des Blockes eingezogen.
Wie aus Fig. 3 zu ersehen, sind die Durchlässe-P-- an der Bohrung --40-- verlängert, wobei die Längsabmessung --50-- den Durchmesser --51-- der Zylinderbohrung --35- wesentlich überschreitet, während die Querabmessung --52-- geringer als der Durchmesser -51-- der Zylinderbohrung ist. Der gesamte Querschnittsbereich jedes Durchlasses-P-an der axialen Bohrung--40-- ist gleich oder etwa gleich dem Querschnitt der Zylinderbohrung --35--.
In Fig. 5 ist zur besseren Erläuterung ein geometrischer Körper dargestellt, der etwa der bevorzugten Form der Durchlässe entspricht.
Wie aus Fig. l und 5 zu ersehen ist, erweitern sich die Durchlässe --P-- derart nach aussen, dass sich die Querabmessung der Durchlässe auf das Mass der Zylinderbohrungen --35-- stetig vergrössert. Ähnlich wird, wie aus Fig. l und 5 zu ersehen ist, die Axialabmessung der Durchlässe --P-- auf das Mass der Zylinderbohrungen stetig vermindert. Es besitzt damit der äussere Abschnitt der Durchlässe kreisförmigen Querschnitt und der innere Abschnitt eine langgestreckte, etwa elliptische Ausbildung.
Aus dem Vorstehenden wird deutlich, dass die Ausbildung der Durchlässe an dem an der Hohlachse anliegenden Teil des Blockes wesentlich variieren kann, ohne dass dadurch der Grundgedanke der Erfindung verändert wird. Es ist jedoch ein wesentliches Merkmal, dass die Durchlässe an dem an der Hohlachse anliegenden Abschnitt sich axial verlängern und in Querrichtung sich vermindern.
Durch diese Anordnung ist es möglich, eine grosse Anzahl von Zylinderbohrungen vorzusehen, ohne die Gesamtabmessungen der Maschine zu erhöhen, da infolge der Verminderung der Abmessung der Durchlässe in Querrichtung an dem an der Hohlwelle anliegenden Abschnitt eine grosse Anzahl der Durchlässe in die Bohrung -40- münden können.
Jede der Zylinderbohrungen enthält einen Kolben --55--, dessen äusseres Ende halbkugelförmig ausgebildet sein kann. Das innere Ende ist eben oder zur Verbesserung der Saugwirkung mit einer Vertiefung --58-- versehen. Der Widerlagerring --26-- kann mit einer ringförmigen konkaven Laufbahn --59-- versehen sein, in welcher die vorgewölbten Abschnitte --56- der Kolben anliegen.
Vorzugsweise kann in Übereinstimmung mit der bekannten Ausbildung der kreisförmige Abschnitt der Trennwände-L-etwa gleich oder etwas grösser als die Querabmessung --52-- der Durchlässe an ihrem an der Hohlachse anliegenden Abschnitt sein, wobei die Trennwand vorzugsweise so angeordnet ist, dass zu jedem Zeitpunkt jeweils nur einer der Durchlässe völlig von der Verbindung mit den Öffnungen --38 und 39-- abgesperrt ist.
Der Betrieb der Maschine entspricht in jeder Hinsicht dem Gebräuchlichen und braucht daher nicht näher erläutert werden. Im allgemeinen wird, wenn die Maschine als Motor verwendet wird, ein hydraulisches Druckmedium durch einen der Durchlässe-36 oder 37-- in der Hohlwelle zugeführt, während der andere der Durchlässe mit dem Rücklaufsumpf in Verbindung steht. Der Zylinderblock wird dadurch in Umdrehung gesetzt und die Antriebswelle --32-- kann mit einer beliebigen anzutreibenden Einrichtung in Verbindung stehen.
Ferner kann in bekannter Weise durch die seitliche Verstellung des Gehäuses durch Betätigung des Handrades oder eine andere Einrichtung die Exzentrizität des Widerlagerringes gegen den sich drehen-
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den Block verändert und damit der Hub der Kolben beeinflusst werden, wodurch das auf die Antriebswelle übertragene Drehmoment und die Geschwindigkeit steuerbar ist. Ferner kann in bekannter Weise durch Einstellung der Exzentrizität in entgegengesetzter Richtung die Drehrichtung des Blockes geändert werden.
Wenn die Maschine als Pumpe verwendet wird, wird eine Drehkraft auf die Antriebswelle --32-- übertragen und dadurch der Block - 29-- in Umdrehung gesetzt, wodurch hydraulisches Medium aus einem Vorratsbehälter in eine der Leitungen-36 oder 37-- angesaugt wird, während durch die andere Leitung das Medium unter Druck abgefördert wird.
Aus dem Vorstehenden wird deutlich, dass eine hydraulische Pumpe oder ein hydraulischer Motor mit wesentlich erhöhtem Wirkungsgrad geschaffen wird und die erfindungsgemässe Maschine für Anwendungsgebiete geeignet ist, in denen sie bisher als unwirtschaftlich betrachtet wurde. Darüber hinaus wird diese wesentliche Verbesserung ohne Erhöhung der Abmessungen der Einrichtung erreicht.
Die dargestellte und beschriebene Ausführungsform ist nur eine Form der Erfindung und dient nur zur Erläuterung der Erfindung. Es sind eine ganze Reihe von Abwandlungen und Änderungen der dargestellten Ausführungsform möglich, ohne dass dadurch der Grundgedanke der Erfindung verlassen wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Radialkolbenmaschine mit einem in einem Lagerring exzentrisch angeordneten Zylinderblock, der sternförmig angeordnete Bohrungen mit radial verschiebbaren Kolben besitzt und um eine Hohlachse drehbar ist, die je eine Öffnung für den Zu- und Abfluss der Druckflüssigkeit besitzt, wobei diese Öffnungen in der Richtung der Hohlachse grösser als in der Querrichtung sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (50) der radialen Öffnungen (38, 39) in Richtung der Hohlachse (12) im an die Hohlachse angrenzenden Teil des Zylinderblockes (29) grösser ist als der Durchmesser der Zylinderbohrungen (35).