DE10033264A1 - Radialkolbenmaschine - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist eine Radialkolbenmaschine mit mehreren, in jeweils einem Zylinderraum geführten Radialkolben, wobei die Zyinderräume über Steuerdurchbrüche mit Zulauf- bzw. Ablaufkanälen für Druckmittel verbindbar sind. Die Mündungsquerschnitte der Steuerdurchbrüche und der Zulauf- und Ablaufkanäle sind mit gekrümmten Stirnflächenabschnitten versehen.
Description
Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine gemäß dem Oberbe
griff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 40 04 932 C2 ist eine Radialkolbenmaschine bekannt, bei
der ein Zylinderblock mit einer Vielzahl von in Radialrichtung ange
ordneten Zylinderräumen drehbar in einem Gehäuse gelagert ist. In je
dem Zylinderraum ist ein Kolben geführt, dessen aus dem Zylinderblock
vorstehender Endabschnitt an einem Hubring abgestützt ist. Dieser Hub
ring hat eine Vielzahl von Steuernocken, über die bei der Rotation des
Zylinderblocks eine Radialverschiebung der Kolben erfolgt. Im Gehäuse
der Radialkolbenmaschine sind Zulauf- und Rücklaufkanäle für Druckmit
tel ausgebildet, die wechselweise mit Steuerdurchbrüchen im Zylinder
block in Überdeckung bringbar sind, über die die Druckmittelzufuhr und
-abfuhr zum bzw. von den Zylinderräumen steuerbar ist.
Bei dem in der DE 40 04 932 C2 offenbarten Ausführungsbeispiel
sind die Steuerdurchbrüche im Zylinder und die Mündungsquerschnitte im
Gehäuse mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgeführt. Nachteilig bei
einer derartigen Lösung ist, daß die Verbindung zu den Zylinderräumen
aufgrund der kreisförmigen Steuerquerschnitte vergleichsweise langsam
auf- bzw. zugesteuert wird, so daß Strömungsverluste auftreten können.
Dieser Nachteil wird durch eine in der EP 0 263 218 B1 offenbarte
Lösung überwunden, bei der die Steuerquerschnitte nicht kreisförmig
sondern etwa trapezförmig ausgebildet sind. Die Seitenflächen dieser
trapezförmigen Querschnitte können dabei nach innen gewölbt oder eben
ausgeführt sein.
Durch eine derartige Lösung lassen sich zwar Strömungsverluste
beim Auf- und Zusteuern der Verbindung zu den Zylinderräumen minimie
ren, es bedarf jedoch eines erheblichen fertigungstechnischen Aufwan
des, um die trapezförmigen Steuerdurchbrüche auszubilden.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ra
dialkolbenmaschine zu schaffen, die mit minimalen Strömungsverlusten
behaftet und mit minimalem fertigungstechnischem Aufwand herstellbar
ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Radialkolbenmaschine mit den Merkma
len des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß sind die Durchbrüche zur Steuerung der
Druckmittelzu- und abfuhr mit gekrümmten Stirnflächen ausgeführt, wo
bei unter Stirnflächen die in Radialrichtung innen bzw. außenliegenden
Umfangsflächenabschnitte verstanden werden. Derartige gekrümmte Stirn
flächen lassen sich wesentlich einfacher als die aus der
EP 0 263 218 A1 bekannten geradlinigen Stirnflächenabschnitte herstel
len, so daß der fertigungstechnische Aufwand minimiert ist. Ein derar
tiger Steuerquerschnitt ist durch die Erstreckung des
Steuerdurchbruchs in Radialrichtung anpaßbar, ohne daß es einer Ver
größerung der Breite (quer zur Radialrichtung) bedarf.
Der Krümmungsradius des radial innenliegenden Stirnflä
chenabschnittes ist vorzugsweise geringer als derjenige des radial au
ßenliegenden Stirnflächenabschnittes ausgeführt.
Bei der aus der DE 40 04 932 C2 bekannten Lösung war die Vergröße
rung des Steuerquerschnittes nur durch Vergrößerung des Durchmessers
möglich. Da die Steuerdurchbrüche und die Mündungsquerschnitte vor
zugsweise jedoch mit Nullüberdeckung ausgeführt sind, ist die Maximal
breite der Steuerdurchbrüche und Mündungsquerschnitte begrenzt, so daß
der Bohrungsdurchmesser bei der bekannten Lösung nicht beliebig ver
größerbar ist.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn die Stirnflächenabschnitte
jeweils einen gleichbleibenden Krümmungsradius aufweisen, so daß sie
durch Bohrungen ausgebildet werden können. Dies ermöglicht es, die
Stirnflächenabschnitte durch zwei Durchgangsbohrungen auszubilden.
Die Fertigung der Durchbrüche ist besonders einfach, wenn die bei
den Bohrungen einander überlappen, so daß die Durchbrüche alleine
durch Ausbilden der beiden Bohrungen ausgeführt werden können und dann
einen etwa achtförmigen Querschnitt aufweisen.
Alternativ dazu können die gekrümmten Stirnflächen über
Tangentialflächen miteinander verbunden werden. Bei unterschiedlichen
Krümmungsradien liegt der Schnittpunkt der beiden Tangentialflächen in
der Symmetrieachse des sich in Radialrichtung nach innen verjüngenden
Steuerquerschnitts liegt.
Die Herstellung ist besonders einfach, wenn die Geometrie der zy
linderblockseitigen Steuerdurchbrüche und der gehäuseseitigen Mün
dungsquerschnitte identisch gewählt ist. Wie vorstehend bereits er
wähnt, wird es bevorzugt, daß die Mündungsquerschnitte und die Steuer
durchbrüche mit Nullüberdeckung zueinander ausgeführt sind, so daß ein
schnellstmögliches Auf- und Zusteuern der Verbindung zu den Zylinder
räumen gewährleistet ist.
Die Herstellung der Steuerdurchbrüche und der Mündungsquerschnitte
läßt sich weiter vereinfachen, wenn diese jeweils in einer Steuer
scheibe ausgebildet sind, die am Zylinderblock oder am Gehäuse befe
stigt sind.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen
stand der weiteren Unteransprüche.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand schema
tischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Radialkolbenmotor;
Fig. 2 eine Detaildarstellung einer Steuerscheibe zur Steuerung
der Druckmittelzufuhr und -abfuhr zu Zylinderräumen der
Radialkolbenmaschine;
Fig. 3 geometrische Details eines Steuerdurchbruchs der Steuer
scheibe aus Fig. 2;
Fig. 4 eine vereinfachte Ausführung eines Steuerdurchbruchs für
eine Steuerscheibe gemäß Fig. 2 und die
Fig. 5 und 6 weitere vereinfachte Ausführungen eines
Steuerdurchbruchs.
Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte Schnittdarstellung eines Ra
dialkolbenmotors 1, der nach dem Mehrhubprinzip aufgebaut ist. Dieser
Radialkolbenmotor 1 hat ein Gehäuse 2, an dem ein Hubring 4 festge
schraubt ist. Innerhalb des Gehäuses 2 ist eine Abtriebswelle 6 gela
gert, die über eine Außenverzahnung mit einem als Rotor ausgebildeten
Zylinderblock 8 verbunden ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbei
spiel sind in dem Zylinderblock 8 acht Zylinderbohrungen 10 ausgebil
det, in denen jeweils ein Kolben 12 radial verschiebbar geführt ist.
Zwischen dem radial innenliegenden Kolbenboden 14 und dem Boden der
Zylinderbohrung 10 ist jeweils ein Zylinderraum 16 begrenzt, in den
Druckmittel einspeisbar ist. An dem vom Zylinderraum 16 entfernten
Endabschnitt jedes Kolbens 12 ist eine Rolle 18 gelagert, die während
der Rotationsbewegung des Zylinderblocks 8 auf einer Steuerkurve 20
des Hubrings 4 abrollen.
Wie aus der Darstellung gemäß Fig. 1 hervorgeht, ist die Steuer
kurve 20 mit 6 radial vorspringenden Steuernocken 22 ausgeführt. Beim
Hochlaufen an diesen Steuernocken 22 werden die Kolben 12 radial nach
innen in Richtung ihres inneren Totpunktes bewegt. Zwischen zwei be
nachbarten Steuernocken 22 ist jeweils ein Tal 24 ausgebildet, so daß
sich die Kolben 12 im Scheitel der Täler 24 an ihrem äußeren Totpunkt
befinden, in dem der Zylinderraum sein Maximalvolumen hat.
Jedem der Zylinderräume 16 ist ein im Zylinderblock 8
ausgebildeter Steuerdurchbruch 26 zugeordnet, durch den das Druckmit
tel je nach Kolbenstellung zugeführt oder abgeführt wird. Beim darge
stellten Ausführungsbeispiel sind entsprechend der Kolbenanzahl acht
Steuerdurchbrüche 26 auf einem Teilkreis am Umfang verteilt.
Bei der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein hinter der Zeichenebene
liegendes und in das Gehäuse 2 eingesetztes Steuergehäuse 30, das
durch den Zylinderblock 8 verdeckt ist, mit seinem inneren und äußeren
Umfang nur gestrichelt dargestellt. In diesem Steuergehäuse 30 sind
Zulauf- und Ablaufkanäle 32, 34 ausgebildet, die in der Darstellung
gemäß Fig. 1 ebenfalls lediglich gestrichelt angedeutet sind. Ent
sprechend der Anzahl der Steuernocken 22 münden stirnseitig jeweils
sechs Zulaufkanäle 32 und sechs Ablaufkanäle 34, die wechselweise
gleichmäßig über einen Teilkreis verteilt sind, dessen Durchmesser
demjenigen des Teilkreises der Steuerquerschnitte 26 entspricht. Bei
der Darstellung gemäß Fig. 1 ist zu beachten, daß die um 45° zur Ho
rizontal- bzw. Vertikalen angestellten Mündungsquerschnitte der Zu
lauf- bzw. Ablaufkanäle 32, 34 durch die mit durchgezogener Linie dar
gestellten Steuerdurchbrüche 26 überdeckt sind.
Die Zulaufkanäle sind offen zu einem ersten Ringkanal, der sich
radial zwischen dem Steuergehäuse 30 und dem Gehäuse 2 befindet und
mit einem Zulaufanschluß am Gehäuse 2 verbunden ist, und die Ablaufka
näle 34 sind offen zu einem zweiten Ringkanal, der sich, axial zum er
sten Ringkanal beabstandet, ebenfalls radial zwischen dem Steuerge
häuse 30 und dem Gehäuse 2 befindet und mit einem Ablaufanschluß am
Gehäuse 2 verbunden ist.
Je nach konstruktiver Ausgestaltung können sich die Steuerdurch
brüche 26 und/oder die Mündungsquerschnitte der Zulauf- und Ablaufka
näle 32, 34 als Axialbohrungen im Zylinderblock 8 bzw. im nur angedeu
teten Steuergehäuse 30 oder aber - ähnlich wie bei den in der eingangs
genannten EP 0 263 218 A1 beschriebenen Ausführungsbeispielen - in
Steuerscheiben befinden, die auf den Zylinderblock 8 bzw. das Steuer
gehäuse aufgesetzt sind und durch die jeweils lediglich die stirnsei
tigen Mündungsbereiche der zugeordneten Kanäle ausgebildet werden.
Derartige die Mündungsquerschnitte ausbildenden Steuerscheiben sind
einfacher herstellbar, als Bohrungen oder Ausfräsungen im Gehäuse 2
oder im Zylinderblock 8.
In den Fig. 2 und 3 sind die geometrischen Verhältnisse eines
Steuerdurchbruchs 26 und des zugeordneten Öffnungsquerschnitts eines
Zulauf- und eines Ablaufkanals 32, 34 dargestellt. Wie bereits er
wähnt, sind die Mündungsquerschnitte 36, 38 der Kanäle 32 bzw. 34 so
wie die Steuerdurchbrüche 26 mit identischer Geometrie ausgeführt, die
anhand von Fig. 3 beschrieben wird. Bei diesem dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel sind die in Radialrichtung diametral zueinander angeord
neten Stirnflächenabschnitte 40, 42 jeweils mit einem Krümmungsradius
r2 bzw. r1 ausgeführt, wobei der Krümmungsradius r2 des radial außen
liegenden Stirnflächenabschnittes 40 größer ist als der Krümmungsradi
us r1 des radial innenliegenden Stirnflächenabschnittes. Im Grenzfall
können beide Stirnflächen 40, 42 mit identischen Radien r ausgeführt
sein.
Die die beiden Stirnflächenabschnitte 40, 42 verbindenden Seiten
flächen 44 sind bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel als Tangentialflächen zu den Stirnflächenabschnitten 40;
42 ausgebildet, wobei diese Tangentialebenen einander in der in Ra
dialrichtung angeordneten Symmetrieebene 48 treffen. Dieser Schnitt
punkt der beiden Tangentialebenen kann beispielsweise in der Achse der
Abtriebswelle 6 liegen.
Ein derartiger Durchbruch 26 (32, 34) ist äußerst einfach her
stellbar, da beispielsweise die beiden Stirnflächenabschnitte 42, 40
durch Bohrungen ausgebildet werden können, und anschließend die Tan
gentialflächen 44, 46 durch Fräsen oder ähnliches gefertigt werden
können:
Wie insbesondere aus Fig. 2 entnehmbar ist, sind die Geometrien
und der Abstand zweier benachbarter Mündungsquerschnitte 36, 38 derart
gewählt, daß in der dargestellten Relativposition dazwischenliegend
ein Steuerdurchbruch 26 mit Nullüberdeckung angeordnet werden kann. In
dieser Relativposition sind die Seitenflächen 44, 46 des Steuerdurch
bruchs 26 in Axialrichtung fluchtend zu den benachbarten Seitenflächen
der benachbarten Mündungsquerschnitte 36, 38 angeordnet. D. h., die in
dieser Relativposition erfolgt weder eine Druckmittelzufuhr noch eine
Druckmittelabfuhr zu bzw. von dem zugeordneten Zylinderraum 16.
Bei einer weiteren Verdrehung des Steuerdurchbruchs 26 relativ zu
den Mündungsquerschnitten 36, 38 wird durch die vergleichsweise lange
Seitenfläche 44 bzw. 46 des Steuerdurchbruchs 26 sehr schnell ein gro
ßer Querschnitt des Zulauf- oder Ablaufkanals 32, 34 aufgesteuert, so
daß die Strömungsverluste beim Umsteuern minimal sind.
Fig. 4 zeigt ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel, bei dem der
Herstellungsaufwand für die Steuerdurchbrüche 26 bzw. die Mündungs
querschnitte 36, 38 gegenüber dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
weiter minimiert ist. Bei dem in Fig. 4 beispielhaft dargestellten
Steuerdurchbruch 26 werden die Stirnflächenabschnitte 40, 42 ähnlich
wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel durch zwei Bohrungen mit
dem Radius r1 und r2 ausgebildet. Der Axialabstand d der beiden Boh
rungen ist geringer als die Summe r1 + r2, so daß die beiden Bohrungen
einander überlappen. Es ergibt sich ein etwa achtförmiger Mündungs
querschnitt, wobei die nach innen vorspringenden Seitenflächen nicht
wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel nachgearbeitet werden.
Bei diesem vereinfachten Ausführungsbeispiel wird die vereinfachte
Herstellung mit einem langsameren Auf- bzw. Zusteuern der Zulauf- bzw.
Ablaufkanäle 32, 34 erkauft.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen verjüngen sich die
Steuerdurchbrüche 26 in Radialrichtung zur Achse des Radialkolbenmo
tors hin. Die Fig. 5 und 6 zeigen zwei weitere Varianten eines
Steuerdurchbruchs 26, der gegenüber den vorbeschriebenen Lösungen noch
einfacher herstellbar ist.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Steu
erdurchbruch 26 ähnlich wie bei dem anhand Fig. 4 beschriebenen Aus
führungsbeispiel durch zwei einander überlappende Bohrungen mit dem
Durchmesser r1 = r2 ausgeführt. Die Überlappungen der beiden Bohrungen
erfordert, daß der Abstand d kleiner als das Maß 2 r1 (2 r2) ist.
Diese Variante läßt sich beispielsweise auf einfache Weise durch Boh
ren herstellen, wobei kein Umspannen des Bohrers wie bei dem in Fig.
4 dargestellten Ausführungsbeispiel erforderlich ist.
Fig. 6 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei dem die
Stirnflächenabschnitte 40, 42 ebenfalls durch zwei Bohrungen mit dem
Durchmesser r2 = r1 ausgeführt sind. Bei dieser Variante ist der Ab
stand d zwischen den beiden Bohrungsmittelpunkten größer als die Summe
der beiden Radien 2 r1 (2 r2), so daß kein Überlappungsbereich vorhan
den ist. Die beiden Bohrungsabschnitte sind dann wie bei dem in Fig.
3 dargestellten Ausführungsbeispiel durch tangential verlaufende Sei
tenflächen 44, 46 verbunden, so daß sich praktisch ein Langloch er
gibt, dessen Breite gleich dem Durchmesser r1 ist. D. h., bei den in
den Fig. 5, 6 gezeigten Varianten sind die Steuerdurchbrüche 26 so
mit nicht in Radialrichtung verjüngt ausgeführt.
Selbstverständlich können die vorbeschriebenen Querschnitte auch
durch andere Bearbeitungsverfahren als Bohren, wie beispielsweise Frä
sen, Draht- oder Senkerodieren hergestellt werden.
Die Fläche der Öffnungsquerschnitte kann durch geeignete Wahl des
Abstands d zwischen den Stirnflächenabschnitten an unterschiedliche
Anforderungen angepaßt werden, wobei der oder die Bohrungsdurchmesser
praktisch unverändert bleiben, so daß die Nullüberdeckung gewährlei
stet ist.
Offenbart ist eine Radialkolbenmaschine mit mehreren, in jeweils
einem Zylinderraum geführten Radialkolben, wobei die Zylinderräume
über Steuerdurchbrüche mit Zulauf- bzw. Ablaufkanälen für Druckmittel
verbindbar sind. Die Mündungsquerschnitte der Steuerdurchbrüche und
der Zulauf- und Ablaufkanäle sind mit gekrümmten Stirnflächenabschnit
ten versehen.
Claims (9)
1. Radialkolbenmaschine mit einem in einem Gehäuse (2) gelagerten Zy
linderblock (8), in dem eine Vielzahl von in Zylinderräumen (16)
geführten und an einem Hubring (4) abgestützten Kolben (12) gela
gert ist, und mit einer Vielzahl von zylinderblockseitigen Steuer
durchbrüchen (26), die zur Zu- und Ablaufsteuerung in Überdeckung
mit Mündungsquerschnitten (36, 38) gehäuseseitiger Zulauf- und Ab
laufkanäle (32, 34) bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuerdurchbrüche (26) und/oder die Mündungsquerschnitte (36, 38)
gekrümmte Stirnflächenabschnitte (40, 42) und in Radialrichtung
eine größere Längserstreckung als quer dazu haben.
2. Radialkolbenmaschine nach Patentanspruch 1, wobei der mittlere
Krümmungsradius (r2) des radial außenliegenden Stirnflächenab
schnittes (40) größer ist als derjenige des innenliegenden Stirn
flächenabschnittes (42).
3. Radialkolbenmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die
Stirnflächenabschnitte (40, 42) jeweils einen gleichbleibenden
Krümmungsradius (r1, r2) aufweisen.
4. Radialkolbenmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei
die Krümmungsmittelpunkte um weniger als die Summe der Krümmungs
radien (r1 + r2) voneinander entfernt sind.
5. Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, wobei die Stirnflächenabschnitte (40; 42) durch etwa tangen
tial verlaufende Seitenflächen (44, 46) miteinander verbunden
sind.
6. Radialkolbenmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei
die Stirnflächenabschnitte (40, 42) durch zwei einander
überlappende Bohrungen ausgebildet sind.
7. Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, wobei die Geometrie der Steuerdurchbrüche (26) und der Mün
dungsquerschnitte (36, 38) identisch ist.
8. Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, wobei die Steuerdurchbrüche (26) und/oder die Mündungsquer
schnitte (36, 38) jeweils an einer Steuerscheibe ausgebildet sind,
die stirnseitig am Zylinderblock (8) bzw. am Gehäuse (2) festge
legt ist.
9. Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprü
che, wobei die Steuerdurchbrüche (26) und die Mündungsquerschnitte
(36, 38) mit Nullüberdeckung ausgebildet sind.
Priority Applications (6)
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