-
Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine mit hydrostatisch entlasteten Rollen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Bei Radialkolbenmaschinen sind Bauformen mit mehreren sternförmig angeordneten Zylinder-Kolben-Einheiten und mit einer die Zylinder-Kolben-Einheiten umgebenden Hubkurve bekannt, entlang der die Kolben zur Erzeugung eines Hubes geführt sind. Zur Reibungsminimierung haben die Kolben Rollen, die an der Hubkurve abrollen. Zwischen jedem Kolben und der zugeordneten Rolle ist eine hydrostatische Entlastung vorgesehen. Dazu ist im Anlagebereich zwischen der Rolle und dem Kolben eine Öffnung angeordnet, die über einen den Kolben durchsetzenden Kanal an den Arbeitsraum der Zylinder-Kolben-Einheit angeschlossen ist.
-
Die Druckschrift
DE 39 26 185 C2 zeigt eine Lagerschale für derartige Radialkolbenmaschinen, die im Anlagebereich zwischen der Rolle und dem Kolben am Kolben befestigt ist. Ein den Kolben durchsetzender Kanal mündet in eine flache Ausnehmung der Lagerschale. Somit ist ein Druckfeld zwischen der Rolle und dem Kolben zur hydrostatischen Entlastung geschaffen.
-
In der Druckschrift
EP 0 524 437 A1 ist eine Radialkolbenmaschine mit einer hydrostatischen Entlastung zwischen Kolben und Rolle gezeigt, die zwei konzentrische umlaufende Nuten aufweist. Die innere Nut wird über einen Kanal von dem Arbeitsraum der Zylinder-Kolben-Einheit mit Druck versorgt, während die äußere Nut zur Drainage das Lecköls vorgesehen ist.
-
Nachteilig an Radialkolbenmaschinen mit beiden genannten hydrostatischen Entlastungen ist die erhebliche Leckage, bei der Druckmittel aus dem Arbeitsraum über den Kanal und über die Ränder der Ausnehmung bzw. über die Drainage-Nut verloren geht.
-
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Radialkolbenmaschine mit hydrostatisch entlasteten Rollen zu schaffen, deren Leckage gering ist.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Radialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
-
Die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine hat mehrere Zylinder-Kolben-Einheiten und eine Hubkurve, die zur Erzeugung eines Kolbenhubes die Zylinder-Kolben-Einheiten umgibt. Zwischen jedem Kolben und der Hubkurve ist zur Verschleißminimierung eine Rolle angeordnet, wobei an jedem Kolben benachbart zur Rolle eine hydrostatische Entlastung vorgesehen ist. Die hydrostatischen Entlastungen haben jeweils eine mit einem Arbeitsraum der Zylinder-Kolben-Einheit verbundene Öffnung, an die erfindungsgemäß mehrere Nuten angeschlossen sind, die in einem Anlagebereich zur Rolle verlaufen. Damit steht der Arbeitsdruck aus dem Arbeitraum zur Entlastung des Anlagebereiches zwischen Kolben und Rolle zur Verfügung. Durch die Nuten wird das entsprechende Druckmittel im Anlagebereich verteilt. Die Nuten sind derart gestaltet, bemessen und angeordnet, dass die Leckage minimiert ist.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
-
Aus lagertechnischen Gründen wird es besonders bevorzugt, wenn am Kolben eine Lagerschale aus Polymer angebracht ist. Dem entsprechend ist die hydrostatische Entlastung mit der Öffnung und mit den Nuten an der Lagerschale ausgebildet.
-
Wenn die Nuten nicht bis zu einem Rand des Anlagebereichs reichen, sondern von ihm beabstandet enden, ist die Leckage der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine bzw. ihrer hydrostatischen Entlastung weiter verringert.
-
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine hat zwei von der Öffnung ausgehende Nuten.
-
Dabei können die beiden Nuten einen Kreisbogen bilden, der abschnittsweise umfänglich an der Rolle anliegt. Dann kann die Öffnung in einem mittleren Bereich des Kreisbogens angeordnet sein.
-
Ein anderes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine hat vier von der Öffnung ausgehende Nuten.
-
Dabei können weitere Nuten vorgesehen sein, die zusammen mit den vier von der Öffnung ausgehenden Nuten eine Netzstruktur oder eine Gitterstruktur im Kolben bzw. in der Lagerschale bilden.
-
Dabei wird es bevorzugt, wenn an Kreuzungspunkten und/oder an Berührpunkten der Nuten Vertiefungen im Kolben bzw. in der Lagerschale ausgebildet sind.
-
Weiterhin können die Nuten derart gestaltet, bemessen oder angeordnet sein, dass eine Selbstreinigung der Nuten erreicht wird.
-
Bei einem besonders bevorzugten Anwendungsfall ist die erfindungsgemäße Radialkolbenmaschine eine Radialkolbenpumpe, wobei die Rollen am Außenumfang der Kolben angeordnet sind, und wobei die Hubkurve am Außenumfang der Rollen angeordnet ist.
-
Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
-
1 einen Schnitt durch eine Radialkolbenmaschine senkrecht zu deren Triebwelle;
-
2 einen Kolben und eine Rolle einer erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine mit einer hydrostatischen Entlastung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem seitlichen Schnitt;
-
3 den Kolben mit einer hydrostatischen Entlastung der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Ansicht;
-
4 den Kolben mit einer hydrostatischen Entlastung der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Ansicht; und
-
5 eine Lagerschale der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Ansicht.
-
In 1 ist der Einfachheit halber aufgrund des symmetrischen Aufbaus einer Radialkolbenmaschine 1 lediglich eine Hälfte des Schnittes dargestellt ist. Eine derartige Radialkolbenmaschine wird überwiegend als Hydromotor verwendet und hat als Teil eines Gehäuses einen Hubring 2, dessen Innenumfangsfläche als Hubkurve 4 ausgebildet ist. Innerhalb des Hubrings 2 befindet sich ein Rotor 8, der drehfest mit einer Triebwelle 6 verbunden und über diese im Gehäuse drehbar gelagert ist. In dem Rotor 8 sind eine Vielzahl von sich in Radialrichtung erstreckenden Zylinderbohrungen 10 ausgebildet sind. In jeder Zylinderbohrung 10 ist ein Kolben 12 in Radialrichtung des Rotors 8 verschiebbar geführt. Dieser Kolben 12 begrenzt gemeinsam mit der Zylinderbohrung 10 einen Arbeitsraum 14, der über einen Druckmittelkanal 16 sowie eine nicht dargestellten Kommutator mit einem Niederdruck- oder einem Hochdruckanschluss verbindbar ist. Außen am Kolben 12 ist ein Dichtring 24 aufgenommen, durch den der Arbeitsraum zum Gehäuseinneren abgedichtet ist. Während eines Expansionshubs des Kolbens 12, in dem sich der Kolben in einem Bereich der Hubkurve befindet, der ein Ausfahren des Kolbens erlaubt, ist der Arbeitsraum 14 mit dem Hochdruckanschluss verbunden. In Bereichen der Hubkurve, an denen der Kolben nach innen gedrückt wird, ist der Arbeitsraum 14 mit dem Niederdruckanschluss verbunden.
-
Jeder Kolben hat einen Kolbenfuß 18, in dem über eine Lagerschale 22 eine zylinderförmige Rolle 20 drehbar gelagert ist, die während der Rotation des Rotors 8 entlang der Hubkurve 4 abrollt. Diese ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel wellenförmig ausgeführt, so dass jeder Kolben 12 während eines Umlaufs mehrere Kolbenhübe durchführt. Anstelle einer derartigen wellenförmigen Kurvenbahn 4 kann selbstverständlich auch eine andere Geometrie verwendet werden. Prinzipiell ist das erfindungsgemäße Konzept auch bei einer Radialkolbenmaschine mit Exzenterantrieb verwendbar, bei der die Triebwellenachse und die Hubringachse versetzt sind.
-
2 zeigt einen Kolben 12 und eine Rolle 20 einer erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine mit einer hydrostatischen Entlastung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem seitlichen Schnitt. Der gezeigte Kolben 12 ist, wie der 1 entnehmbar, in einem Rotor geführt und bildet so eine Zylinder-Kolben-Einheit, von denen mehrere in der Radialkolbenmaschine vorhanden und dabei sternförmig zueinander angeordnet sind.
-
Die Rolle 20 hat eine zylindrische Form und ist in einer entsprechenden Ausnehmung des Kolbens 12 aufgenommen. Zwischen der Rolle 20 und dem Kolben 12 ist eine Lagerschale 22 angeordnet, die vorliegend aus einem Kunststoff gefertigt ist.
-
Zur Erzeugung eines Hubes des Kolbens 12 im Zylinder rollt bzw. wälzt sich die Rolle 20 auf der Hubkurve 4 ab, die die Zylinder-Kolben-Einheiten umgibt. Von der Hubkurve 4 ist in 2 nur ein kurzer Abschnitt gezeigt, an dem die Rolle 20 – in der gezeigten Momentaufnahme – anliegt. Dabei wirkt eine Kraft F in eine Richtung gemäß dem Pfeil.
-
Durch den Kolben 12 führt in der Kolbenachse gelegen ein Kanal 28, der mit einer Bohrung 30 in der Lagerschale 22 einen Fluidpfad bildet, der von dem aus 1 ersichtliche Arbeitsraum 14 unter dem Kolben 12 ausgeht und in den Spalt zwischen der Lagerschale 22 und der Rolle 20 mündet.
-
3 zeigt den Kolben 12 mit der Lagerschale 22 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (vergleiche 1) in einer perspektivischen Ansicht. Von der Öffnung 30 erstrecken sich zwei entlang des Umfangs der Lagerschale 22 bzw. der Rolle 20 verlaufende Nuten 32a, 32b, die beidseitig und symmetrisch zur Öffnung 30 angeordnet sind. Ihre jeweiligen äußeren Endabschnitte weisen einen Abstand zu benachbarten Rändern 34a bzw. 34b der Lagerschale 22 auf.
-
Aus 2 ist auch eine grafische Darstellung einer hydrostatischen Druckverteilung 26 beim ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen hydrostatischen Entlastung ersichtlich. Die Druckverteilung 26 zeigt im Bereich der Öffnung 30 ein Maximum, wobei die Druckwerte in Richtung zum der beiden Ränder 34a, 34b der Lagerschale 4 zunächst abnehmen und zu den Rändern 34a und 34b hin dann wieder zunehmen. Dabei sind die Druckwerte auf derjenigen Seite der Rolle 20, die einem Anlagepunkt der Hubkurve 4 bzw. der Kraft F gegenüber liegt, grundsätzlich höher, als auf der anderen Seite der Rolle 20.
-
4 zeigt den Kolben 12 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer hydrostatischen Entlastung in einer perspektivischen Ansicht. Dabei hat der Kolben 12 eine vom ersten Ausführungsbeispiel abweichende Lagerschale 42, die mit Bezug zur 5 näher erläutert wird.
-
5 zeigt die Lagerschale 42 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Ansicht. Dabei ist die Lagerschale 43 von ihrer hohlzylindrischen Schalenform abweichend als ebene Fläche dargestellt. In ihrer Mitte befindet sich die Bohrung 30, die mit dem (nicht gezeigten) zugeordneten Arbeitsraum in Druckmittelverbindung steht.
-
Von der Bohrung 30 ausgehend erstrecken sich vier als Hauptnuten anzusehende Nuten 44. Die vier Nuten 44 verlaufen diagonal im Anlagebereich der Lagerschale 42 zur Rolle. Dabei verlaufen jeweils zwei Nuten 44 entlang einer gemeinsamen diagonalen Linie. Die beiden diagonalen Linien sind unter einem Winkel ungleich 90° zueinander angestellt. Gleichmäßig beabstandet zu den beiden diagonalen Linien verlaufen mehrere weitere Nuten, die zusammen mit den vier Nuten 44 eine Netzstruktur bzw. eine Gitterstruktur bilden. An jeweiligen Kreuzungspunkten und an jeweiligen Endpunkten aller Nuten ist jeweils eine mulden- oder dellenartige Vertiefung 46 ausgebildet.
-
Alle Enden der Nuten 44 und alle Vertiefungen 46 sind beabstandet zum Außenrand der Lagerschale 42 angeordnet.
-
Damit ist eine hydrostatische Entlastung mit einem Druckverteilungssystem geschaffen, das ausgehend von der mittleren Öffnung 30 minimale Mengen von Druckmittel über den Anlagebereich der Rolle wirkungsvoll verteilt und dabei die Leckage minimiert.
-
Abweichend vom in den 4 und 5 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel können die Nuten auch 90 Grad zueinander angestellt sein.
-
Offenbart ist eine Radialkolbenmaschine mit mehreren Zylinder-Kolben-Einheiten und mit einer Hubkurve, die zur Erzeugung eines Kolbenhubes die Zylinder-Kolben-Einheiten umgibt. Zwischen jedem Kolben und der Hubkurve ist zur Verschleißminimierung eine Rolle angeordnet, wobei an jedem Kolben benachbart zur Rolle eine hydrostatische Entlastung vorgesehen ist. Die hydrostatischen Entlastungen haben jeweils eine mit einem Arbeitsraum der Zylinder-Kolben-Einheit verbundene Öffnung, an die erfindungsgemäß mehrere Nuten angeschlossen sind, die in einem Anlagebereich zur Rolle verlaufen. Damit steht der Arbeitsdruck aus dem Arbeitraum zur Entlastung des Anlagebereiches zwischen Kolben und Rolle zur Verfügung. Durch die Nuten wird das entsprechende Druckmittel im Anlagebereich verteilt. Die Nuten sind derart gestaltet, bemessen und angeordnet, dass die Leckage minimiert ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 3926185 C2 [0003]
- EP 0524437 A1 [0004]
