DE1914598C3 - Mehrzylindrige hydraulische Radialkolbenmaschine - Google Patents

Description

gängen von den Nockenkuppen zu den Nocken-35 flanken stärker auftreten. Es ist jedoch wünschens-

wert, die im Bereich der Nockenkuppen auftretenden

Hertzschen Spannungen bei Einhaltung eines konstanten Verdrängungsvolumens der ganzen Maschine

Die Erfindung betrifft eine mehrzylindrige Radial- noch weiter zu vermindern, als dies bei der bekannkolbenmaschine gemäß Oberbegriff des vorstehenden 40 ten Maschine möglich ist.

Patentanspruchs. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bahn-

Aus der FR-PS 1 488 159 ist es bekannt, bei einer formen für Radialkolbenmaschinen gemäß Oberderartigen Maschine eine für jeden Hub aus zwei begriff des vorstehenden Patentanspruchs anzugeben, gleichen, entgegengesetzt gekrümmten Parabelästen mit denen die höchsten an den konvexen Bahnteilen bestehende Kugelmittelpunktbahn zur Bildung der 45 auftretenden Hertzschen Spannungen vermindert Nockenquerschnittskurve zu verwenden, so daß der werden.

Kolbengeschwindigkeitsverlauf für jeden Hub, auf- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch

getragen über dem Antriebswellendrehwinkel, bei die im Kennzeichen des vorstehenden Patentankonstanter Winkelgeschwindigkeit des Zylinder- spruchs angegebenen Merkmale gelöst,
blockes die Gestalt eines gleichschenkeligen Dreiecks 50 Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, aufweist. Dieser Kolbengeschwindigkeitsverlauf be- daß es vorteilhaft ist, die Krümmung der Nockendeutet konstante Kolbenbeschleunigung während der bahn im Bereich der Nockenkuppen möglichst ersten Hälfte des Hubes und konstante Kolbenver- schwach zu halten und dafür eine beträchtlich zögerung während der zweiten Hälfte des Hubes. stärkere Krümmung im Bereich der zwischen den

Zum Erreichen eines konstanten Verdrängungs- 55 Nocken liegenden Täler in Kauf zu nehmen, da der volumens der bekannten Maschine müssen gemäß sich dann in den Tälern einstellende erhöhte Schmieder obengenannten Druckschrift die Anzahlen von gungsgrad auch zu einer Vergrößerung des wirk-Kolben und Nocken so gewählt sein, daß das Ver- samen Berührungsflecks zwischen den Kolben und hältnis von der Kolbenanzahl η zum größten gemein- der Nockenbahn führt. Die Grenzen dieser Vergrößesamen Teiler / von Kolbenanzahl und Nockenanzahl 60 rung der Nockenkuppen auf Kosten der Nockeneine bestimmte gegebene Bedingung erfüllt. Dieses bahntäler sind dabei durch die größten zulässigen Verhältnis nil hat eine besondere Bedeutung, denn Beschleunigungen auf die Kolben beim Durchlaufen es gibt an, wie viele sich nicht in Phase befindliche der Nockenbahntäler gegeben.
Kolbenstellungen in der Maschine existieren. Der Aus einem Aufsatz von Ponomarenko über

größte gemeinsame Teilen! von Kolbenanzahl und 65 die Gestaltung von Nockenbahnen schnell auf ender Nockenanzahl gibt dabei die Anzahl von jeweils hydraulischer Radialkolbenmaschinen in der russigleichphasigen, also in gleichen Positionen bezüglich sehen Zeitschrift »Vestnik Maschinostroyenia« der Nockenquerschnittskurve befindlichen Kolben an. (»Maschinenbauzeitschrift«), Nr. 12, 1961, S. 16 bis

21, ist es zwar bekannt, zur Vermeidung des Abhebcns der Kolben von den Nocken der Nockenbahn an den radial inneren Totpunkten bei schnellaufenden Maschinen die Nockenquersc-mittskurve so auszubilden, daß das sich darau* ergebende Kolbengeschwindigkeitsdiagramm für einen Hub, aufgetragen über dem Drehwinkel, die Gestalt eines ungleichschenkeligen Dreiecks hat, jedoch ist dort das Problem einer konstanten Verdrängung überhaupt nicht angesprochen.

Die Bedeutung der im Kennzeichen des vorstehenden Patentanspruchs angegebenen Formel und der Randbedingungen wird nachstehend kurz erläutert:

Wie bereits gesagt, gibt das Verhältnis n/l die Anzahl der in der Maschine jeweils vorhandenen, sich nicht in Phase befindlichen Kolbenstellungen an, und die Zahl I sagt aus, wie viele Kolben sich jeweils in jeder dieser Kolbenstellungen beenden. Eine mehrzylindrige Radialkolbenmaschine mit einer mehrwelligen Nockenbahn kann durch Aufzeichnen einer einzigen Profilwelle der Nockenbahn repräsentiert werden, in welcher die sich nicht in Phase befindlichen Kolben eingetragen sind. Der von einer Profilwelle überspannte Bogen des Maschinenumfangs ist bei einer Nockenanzahl m gleich 2 .-τ/m. Folglich beträgt der Abstand zwischen zwei phasenverschiedenen Kolben auf der die Maschine repräsentierenden einzigen Profilwelle

In I

m η

Zur Erzeugung eines konstanten Verdrängungsvolumens bzw. eines konstanten Drehmoments in der ganzen Maschine ist es notwendig, daß jedem Parabelast der die ganze Maschine repräsentierenden Profilwelle bzw. jedem Dreiecksschenkel der zugehörigen Kolbengeschwindigkeitskurve stets eine konstante Anzahl von Kolben zugeordnet sein muß. Die Gesamtzahl der auf der repräsentativen Profilwelle agierenden Kolben beträgt nil; die Anzahl der davon im Talbereich zwischen den Wendepunkten befindlichen Kolben sei Z. Folglich beträgt die im Hügelbereich der Profilwelle zwischen den Wendepunkten befindliche Kolbenanzahl nil — Z.

Zur Erzeugung jedes Kolbenhuoes dient eine aus einem längeren, den halben Profilhügel darstellenden Parabelast und aus einem kürzeren, das halbe Profiltal darstellenden Parabelast bestehende Hälfte der Profilwelle. Auf dem kürzeren, konkaven Parabelast befinden sich also stets Z/2 Kolben, während auf dem längeren, konvexen Parabelast jeweils n/2 / — Z/2 Kolben agieren. Setzt man nun die Anzahl der dem konvexen Parabelast zugeordneten Kolben ins Verhältnis zur Anzahl der auf dem konkaven Parabelast befindlichen Kolben, so ergibt sich die im Kennzeichen des vorstehenden Patentanspruchs genannte Formel

60

Es leuchtet ein, daß sich bei gleichen Winkelabständen der einzelnen Kolben der Maschine voneinander die Längen der Dreiecksschenkelprojektionen der Kolbengeschwindigkeilskurve auf die Nullinie bzw. der Projektionen der Parabeläste auf ihre Abszissen ebenso verhalten müssen wie die Anzahlen der diesen Dreiecksschenke'.n bzw. Parabelästen jewdls zugeordneten Kolben.

Die genannten Randbedingungen ergeben sich auf Grund der Tatsache, daß die genannten Kolbenanzahlen Z/2 und n/21 - ZIl (und folglich der Wert nl2l) ganzzahlig sein müssen, da sonst auf einem Parabeiast nicht stets eine konstante Anzahl von Kolben agieren würde, denn beim Eintreten eines Kolbens in den Bereich eines Parabelastes muß ihn gleichzeitig ein anderer Kolben verlassen. Folglich müssen Z und nil geradzahlig sein. Die dritte Randbedingung, wonach (n I — Z)/Z größer als 1 sein muß, ist die Asymmetriebedingung für das Geschwindigkeitsdreieck und sagt aus, daß sich im Talbereich der die Maschine repräsentierenden Profilwelle immer weniger Kolben befinden als im Hügelbereich.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand schematischer Zeichnungen beispielsweise näher erläutert In den Zeichnungen sJelJt dar

Fig. IA den über dem Antriebswellendrehwinkd aufgetragenen Kolbengeschwindigkeitsverlauf bei einer erfindungsgemäßen Maschine, wobei zum Vergleich ein symmetrischer Kolbengeschwindigkeitsverlauf eingezeichnet ist,

F i g. 1 B die Kugelmittelpunktbahn und das zugehörige Nockenbahnprofil für die in Fig. 1 A dargestellte symmetrische Geschwindigkeitskurve,

Fig. 1 C die Kugelmittelpunktbahn und das zugehörige Nockenbahnprofil für die in F i g. 1 A eingezeichnete erfindungsgemäße asymmetrische Kolbengcschwindigkcitskurve und

I- i g. 2 ein Kolbengeschwindigkeitsdiagramm mit den übereinander gezeichneten Kolbengeschwindigkeitsverläufen sämtlicher Kolben einer erfindungsgemäßen Maschine mit zwölf Kolben und einer zweiwelligen Nockenbahn.

Fig. i A zeigt ein Kolbengeschwindigkeitsdiagramm für einen Kolben, aufgetragen über dem Drehwinkel, wobei der erfindungsgemäße Kolbengeschwindigkeitsverlauf 1 in Form von asymmetrischen Dreiecken mit durchgezogenen Linien und zum Vergleich ein symmetrischer Kolbengeschwindigkeitsverlauf 2 in Form von gleichschenkeligen Dreiecken, wie er bei der eingangs beschriebenen bekannten Maschine Anwendung findet, mit strichpunktierten Linien eingezeichnet ist. In diesem Kolbengeschwindigkeitsdiagramm entsprechen die Schnittpunkte der Geschwindigkeitskurven mit der Nullinie den Kolbentotpunkten, während die Maxima der Geschwindigkeitskurven den Wendepunkten des Nockenbahnprofils zugeordnet sind. Jedes von den Geschwindigkeitskurven mit der Nullinie gebildete Dreieck stellt den Geschwindigkeitsverlauf für einen Hub dar, wobei die positiven, d. h. oberhalb der Nullinie liegenden Dreiecke beispielsweise jeweils einem Auswärtshub des Kolbens und die negativen, d. h. die unterhalb der Nullinie liegenden Dreiecke jeweils einem F.inwärtshub des Kolbens zugeordnet werden können.

Die F i g. 1 B und 1 C zeigen, jeweils unter Fig. IA gezeichnet, die der symmetrischen Geschwindigkeitskurve 2 bzw. der asymmetrischen Geschwindigkeitskurve 1 zugeordnete Mittelpunktbahn 3 bzw. 4 eines Kugelkolbens 5 und das jeweils zugehörige Nockcnbahnprofil 6 bzw. 7. Die Kugelmittelpunktbahn stellt die Integralkurve der zugehörigen Geschwindigkeitskurve dar und setzt sich, da die Geschwindigkeitskurve aus geradlinigen Abschnitten besteht, aus Parabelästen zusammen. Das jeweilige Nockenbahn-

profil hängt vom Durchmesser des Kugelkolbens ab und stellt die Einhüllende der um alle Punkte der Kugelmittelpunktbahn geschlagenen Kreisbögen mit dem Radius des Kugclkolbens dar.

Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, ist bei der, der asymmetrischen Kolbengeschwindigkeitskurve 1 zugeordneten Kugelmittelpunktbahn 4 in F i g. 1 C im Vergleich zu der, der symmetrischen Geschwindigkeitskurve 2 zugeordneten Kugelmittelpunktbahn 3 in Fig. IB, wo der dem Profilhügelbereich 6 α zügeordnete Bahnabschnitt 3 a und der dem Profiltalbereich 6 ft zugeordnete Bahnabschnitt 3 ft gleich lang sind, der dem Profilhügelbereich 7 α zugeordnete Abschnitt 4 α der Kugelmittelpunktbahn deutlich langer als der dem Profiltalbereich 7 ft zugeordnete Bahnabschnitt 4 b und seine konvexe Krümmung ist bedeutend schwächer als die konkave Krümmung des Bahnabschnittes 4 ft im Profiltalbereich 7 b.

Bei der in F i g. 1 B dargestellten Nockenbahn treten unter der Annahme, daß sich der Kugelkolben von links nach rechts bewegt, die höchstens Hetzschen Spannungen je nachdem, ob die Maschine als Motor oder als Pumpe arbeitet, zwischen den Punkten 8 und 9 oder 8 und 10 des Profilhügelbereiches 6 a auf. Bei der Nockenbahn nach F i g. 1 C sind die höchsten auftretenden Hertzschen Spannungen im Profilhügelbereich gegenüber denjenigen bei der Nockenbahn in F ί g. 1 B deutlich verringert.

In F i g. 2 ist ein vollständiges Kolbengeschwindigkeitsdiagramm für eine Maschine mit zwölf Kolben und einer zweiwelligen Nockenbahn wiedergegeben, wobei die Geschwindigkeitsverläufe für jeden Kolben, aufgetragen über dem Drehwinkel, untereinander gezeichnet sind.

Als das zur Erzielung einer konstanten Verdrängung bzw. eines konstanten Drehmoments erforderliche Verhältnis der Länge des längeren Dreiecksschenkels zur Länge des kürzeren Dreiecksschenkels des Geschwindigkeitsdreiecks erhält man für die durch das Diagramm nach F i g. 2 repräsentierte Maschine bei Anwendung der obengenannten Formel den Wert 2:1, denn der größte gemeinsame Teiler / der Kolbenanzahl «==12 und der Nockenanzahl m = 2 ist 2, und als Zahl Z muß unter Berücksichtigung der genannten Randbedingungen die Zahl 2 gewählt werden.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, sind die Kolben 1 bis 6 und 7 bis 12 jeweils phasenverschieden, während der Kolben 1 mit dem Kolben 7, der Kolben 2 mit dem Kolben 8 usw. jeweils phasengleich ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Aus der obengenannten FR-PS 1 488 159 ist auch

   Patentanspruch: _{schon eine} Maßnahme zur Verminderung der Hertz-

   Mehrzylindrige hydraulische Radialkolben- sehen Spannungen zwischen den Kugelkolben und maschine mit umlaufendem Zylinderblock und der Nockenbahn im Bereich der radial inneren Kugelkolben, welche mit einer am Gehäuse an- 5 Kolbentotpunkte bekanntgeworden, gemäß welcher gebrachten mehrwelligen Nockenbahn zusammen- die Nockenquerschnittskurve so abgewandelt ist daß wirken, wobei die zur Nockenquerschnittskurve der sich aus ihr ergebende Kolbengeschwindigkeitsgehörige Kugelmittelpunktbahn Für jeden Hub verlauf für einen Hub, aufgetragen über dem Anaus zwei entgegengesetzt gekrümmten Parabel- triebswellendrehwinkel, nicht mehr exakt die Form ästen besteht, deren Abszissen auf einen Kreis- io eines gleichschenkeligen Dreiecks hat, sondern jeder bogen gewickelt sind und bei der die Anzahlen Schenkel des Dreiecks durch eine diesen in der Mitte von Kolben und Nocken so gewählt sind, daß ein schneidende S-Kurve ersetzt ist, wobei die beiden konstantes Verdrängungsvolumen der ganzen S-Kurven an der dem Maximalwert der Geschwin-Maschine erreicht wird, dadurch gekenn- digkeit entsprechenden Spitze des ursprünglichen zeichnet, daß der den konvexen Bahnteilen 15 Dreiecks mit waagerechter Tangente ineinander überzugeordnete Parabelast länger als der den kon- gehen. Diese Abwandlung der Nockenquerschnittskaven Bahnteilen zugeordnete Parabelh-t ist und kurve hat zur Folge, daß die Nockenkuppen breiter der aus ihnen entstehende Kolbengesehwindig- und im Bereich der Kuppenmitte, also im Bereich keitsverlauf, aufgetragen über dem Antriebs- des radial inneren Kolbentotpunktes, schwächer gewellendrehwinkel, ein Dreieck darstellt, bei wel- 20 krümmt sind. Allerdings sind dann, da die spiegelchem das Verhältnis der Dreieckschenkelprojek- bildlich gleiche Ausbildung der beiden Hälften der tionen auf die Nullinie der Formel Nockenquerschnittskurve für einen Hub wegen der

   Forderung nach konstantem Verdrängungsvolumen

   " _ 2 der ganzen Maschine beibehalten werden muß, auch

   / 25 die zwischen den Nocken liegenden Täler der Nok-

   " y · * kenbahn breiter und im Talmittenbereich, also dem

   Bereich der äußeren Kolbentotpunkte, schwächer geentspricht, wobei η die Zylinderanzahl, / der krümmt. Infolgedessen müssen notwendigerweise die größte gemeinsame Teiler der Zylinderanzahl Nockennanken stärker gekrümmt sein. Dieser be- und der Nockenanzahl bedeutet, und wobei Z 30 kannten Maßnahme sind also dadurch Grenzen gegeradzahlig und derart gewählt ist, daß der Aus- setzt, daß im gleichen Maße, wie die Hertzschen druck (n/l — Z)IZ größer als 1 ist und wobei nil Spannungen im Kuppenmittenbereich der Nocken geradzahlig ist. vermindert werden, solche Spannungen an den Über