DE19652157C1

DE19652157C1 - Hydraulic positive-displacement engine, especially radial piston engine

Info

Publication number: DE19652157C1
Application number: DE1996152157
Authority: DE
Inventors: Dieter Bertsch; Michael Dr Gaumnitz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Moog GmbH
Priority date: 1996-12-14
Filing date: 1996-12-14
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2016-12-15

Abstract

The engine includes lift elements (22) supported on a lift ring (24) which comprises two or more individual rings (28) which fit into each other without play. The neutral bending fibre of the lift ring does not run on one of the boundary faces (29) between the individual rings. The rings (28) can be arranged in succession in the radial extension of the lift ring. The boundary faces (29) run concentric with the outer and inner wall of the lift ring and relative to each other. The individual rings can be made of a uniform material. At least one of the facing walls of the individual rings has a wear-resistant coating.

Description

State of the art

Die Erfindung geht von einer hydraulischen Verdrängermaschine entsprechend der Gattung des Anspruchs 1 aus. Eine derartige Verdrängermaschine ist in der Bauform einer Radialkolbenmaschine bzw. einer Flügelzellenmaschine hinlänglich bekannt. Die in der DE-GM 91 04 126 beispielsweise offenbarte Radialkolbenmaschine weist im Inneren ihres Gehäuses einen Rotor auf, der auf einem ortsfesten Steuerzapfen drehbar gelagert ist. Dessen Arbeitskolben stützen sich mit ihren vom Steuerzapfen abgewandten Enden an einem einteiligen Hubring ab, der den Rotor ringförmig umschließt. Zwischen Hubring und Rotor besteht eine durch Kolben-/Zylindereinheiten verstellbare Exzentrizität, aufgrund der den Arbeitskolben im Verlauf einer Umdrehung des Rotors eine Hubbewegung aufgezwungen wird. Die dabei in den Zylindern entstehenden hydraulischen Kräfte werden vom Hubring aufgenommen und an die mit ihm zusammenwirkenden Bauteile ungedämpft weitergeleitet. Da diese Kräfte in ihrem Betrag periodischen Schwankungen unterliegen, wird der massive Hubring bzw. die an ihn angrenzenden Bauteile zu Schwingungen angeregt, die im wesentlichen das Betriebsgeräusch der Verdrängermaschine bestimmen.The invention is based on a hydraulic Displacement machine according to the preamble of claim 1 out. Such a displacement machine is of the design a radial piston machine or a vane machine well known. The in DE-GM 91 04 126 for example disclosed radial piston machine in Inside of their housing, a rotor on a stationary control pin is rotatably mounted. Whose Working pistons are supported with their from the control pin opposite ends on a one-piece cam ring, which the Encloses the rotor in a ring. Between cam ring and rotor there is an adjustable by piston / cylinder units Eccentricity, due to the working piston in the course a rotation of the rotor forced a lifting movement becomes. The hydraulic generated in the cylinders Forces are absorbed by the lifting ring and attached to it cooperating components passed undamped. There these forces fluctuate periodically in their amount the massive cam ring or the one on it adjacent components excited to vibrations in the essentially the operating noise of the displacement machine determine.

Zur Dämpfung des Betriebsgeräuschs einer Radialkolbenpumpe wird in der DE-Gm 89 08 089.0 vorgeschlagen, den radial außerhalb des Hubrings liegenden Bereich des Gehäuseinnenraums mit Zwischendruck zu beaufschlagen. Hierzu ist dieser radial außerhalb des Hubrings liegende Bereich gegen den radial innerhalb liegenden Bereich mittels Dichtungsvorrichtungen abgedichtet. Die Dichtungsvorrichtungen sind zwischen dem Hubring und der Innenwandung des Gehäuses angeordnet. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß die Dichtungsvorrichtungen die auf den Hubring übertragenen Kraftimpulse der Arbeitskolben verhältnismäßig ungedämpft an das Gehäuse ableiten und dadurch einer Reduzierung des Betriebsgeräuschs der Radialkolbenpumpe entgegenwirken.For damping the operating noise of a radial piston pump is proposed in DE-Gm 89 08 089.0, the radial outside of the cam ring area of the To apply intermediate pressure to the interior of the housing. For this is this area lying radially outside of the cam ring against the radially inner area by means of Sealing devices sealed. The Sealing devices are between the cam ring and the Arranged inner wall of the housing. This arrangement has the disadvantage that the sealing devices on the Cam ring transmitted force impulses of the working piston derive relatively undamped to the housing and thereby reducing the operating noise of the Counteract the radial piston pump.

Aus der DE-OS 22 54 752 ist eine Radialkolbenmaschine bekannt, deren relativ zueinander bewegte Bauteile des Triebwerks aus Stahl bzw. aus perlitischem Grauguß hergestellt sind. Dadurch ist das Triebwerk relativ preisgünstig herstellbar, weist ausreichende Druckfestigkeitswerte und Gleiteigenschaften auf und ist chemisch resistent gegen das Fördermedium. Hinweise bezüglich einer Reduzierung des Betriebsgeräuschs einer Radialkolbenmaschine sind dieser Druckschrift nicht entnehmbar. From DE-OS 22 54 752 is a radial piston machine known, the relatively moving components of the Engine made of steel or pearlitic gray cast iron are manufactured. This makes the engine relative inexpensive to manufacture, has sufficient Compressive strength values and sliding properties on and is chemically resistant to the medium. Hints regarding a reduction in operating noise Radial piston machines are not in this document removable.

Eine Radialkolbenpumpe in Form einer Kugelkolbenpumpe ist aus der DE-AS 10 61 619 bekannt. Um bei dieser Bauart unter anderem die Lebensdauer zu erhöhen, ist der Rotor von einem ringförmigen Nockenstück umspannt, das ortsfest in einen Tragering eingepreßt ist. Geräuschreduzierende Relativbewegungen zwischen dem Tragring und dem Nockenstück sind dabei nicht möglich.A radial piston pump is in the form of a ball piston pump known from DE-AS 10 61 619. To take this type under Another is to increase the lifespan is the rotor of one ring-shaped cam piece spanned, the stationary in one Carrier ring is pressed. Noise reducing Relative movements between the support ring and the cam piece are not possible.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Verdrängermaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil eines reduzierten Betriebsgeräusches auf. Dies wird durch einen Hubring erreicht, der aus mehreren spielfrei ineinandergefügten Einzelringen besteht, wobei die konstruktive Auslegung der Einzelringe so gewählt ist, daß ihre Grenzflächen außerhalb der neutralen Biegefaser des Hubrings verlaufen. Die Einzelringe verformen sich dadurch infolge der auf sie einwirkenden Druckkräfte elastisch und führen gleichzeitig im Bereich der Grenzflächen zueinander eine Relativbewegung aus. Die dabei entstehende Reibung dämpft die angeregten Schwingungen und wirkt sich daher geräuschvermindernd aus. Vorteilhaft ist, daß die Schwingungen direkt am Ort ihrer Entstehung, d. h. am Hubring gedämpft werden, so daß die gesamte Verstelleinrichtung einer derartigen Verdrängermaschine geringeren Schwingungsbelastungen ausgesetzt ist. Dies erhöht die Lebensdauer. Zudem ist die Erfindung auf verschiedene Bauarten von Verdrängermaschinen mit Hubring, wie beispielsweise eine Flügelzellenmaschine oder eine Radialkolbenmaschine übertragbar. Die Erfindung ist relativ preiswert realisierbar, erfordert keinen zusätzlichen Montageaufwand und bedingt keine Vergrößerung des Bauvolumens einer Verdrängermaschine. Ferner läßt sie sich mit anderen geräuschdämpfenden Maßnahmen problemlos kombinieren.The displacement machine according to the invention with the characterizing features of claim 1 points against this the advantage of reduced operating noise. This is achieved by a cam ring consisting of several there is free play in individual rings, the constructive design of the individual rings is chosen so that their interfaces outside the neutral bending fiber of the Hubrings run. As a result, the individual rings deform due to the compressive forces acting on them elastic and lead to each other in the area of the interfaces a relative movement. The resulting friction dampens the excited vibrations and therefore has an effect noise reducing. It is advantageous that the Vibrations directly at the place of their origin, d. H. on the cam ring be damped so that the entire adjustment device such a displacement machine less Is exposed to vibrational loads. This increases the Lifespan. In addition, the invention is various Types of displacement machines with cam ring, such as for example a vane machine or a Radial piston machine transferable. The invention is relative inexpensive to implement, does not require any additional Assembly effort and does not require an increase in the Construction volume of a displacement machine. Furthermore, it can be with other noise-reducing measures without any problems combine.

Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen oder der Beschreibung.Further advantages or advantageous further developments result itself from the subclaims or the description.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Verdrängermaschine im Querschnitt, in Fig. 2 ist ein Längsschnitt entlang der Achse II-II nach Fig. 1 dargestellt.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Fig. 1 shows a displacement machine according to the invention in cross section, in Fig. 2 is a longitudinal section along the axis II-II of Fig. 1 is shown.

Description of the embodiment

Die in den Fig. 1 und 2 exemplarisch als Radialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) dargestellte Verdrängermaschine 10 hat ein Gehäuse 11, das einen nach außen abgedichteten Innenraum 12 begrenzt. In diesen Innenraum 12 ragt ein ortsfester Steuerzapfen 13, in dem mehrere Längskanäle 14 ausgebildet sind. Die Längskanäle 14 münden im Bereich des Innenraums 12 in am Umfang des Steuerzapfens 13 angeordneten Steuerschlitzen 15, die mit den gehäuseseitigen Zu- bzw. Ablaufanschlüssen 16 der Verdrängermaschine 10 verbunden sind. Auf dem Steuerzapfen 13 ist ein Rotor 18 drehbar gelagert, der mit einer nach außen ragenden und im Gehäuse 11 gelagerten Welle 19 in Wirkverbindung steht. Der Rotor 18 weist über seinen Umfang verteilt angeordnete, durchgehende Radialbohrungen auf, die Zylinder 20 bilden. In den Zylindern 20 sind Arbeitskolben 22 gleitend geführt. An ihren vom Steuerzapfen 13 abgewandten Enden sind die Arbeitskolben 22 gelenkig mit Gleitschuhen 23 verbunden. Diese Gleitschuhe 23 stützen sich an der Innenfläche eines Hubrings 24 ab, der den Rotor 18 umschließt. Zwischen dem Hubring 24 und dem Rotor 18 besteht eine Exzentrizität E, aufgrund der den Arbeitskolben 22 im Verlauf einer Umdrehung des Rotors 18 eine Hubbewegung aufgezwungen wird. Hierzu sind die Gleitschuhe 23 durch Halteringe 26 beweglich an den Hubring 24 gefesselt. Die Exzentrizität E ist mittels einer im Gehäuse 11 der Radialkolbenmaschine integrierten und hydraulisch unterstützten Verstelleinrichtung 27, die aus zwei auf den Hubring 24 einwirkenden Kolben-/Zylindereinheiten besteht, veränderbar. Der Hubring 24 ist aus mehreren einander umschließenden Einzelringen 28 a, b, c aufgebaut, die spielfrei ineinandergefügt sind. Im Ausführungsbeispiel sind drei Einzelringe 28a, b, c gleicher Wandstärke dargestellt, es ist jedoch eine beliebige Anzahl größer als zwei Einzelringe 28 denkbar, deren Wandstärke auch unterschiedlich dick sein kann. Wesentlich ist, daß die zwischen den Einzelringen 28 vorhandenen Grenzflächen 29a, b außerhalb der neutralen Biegefaser 25 des Hubrings 24 verlaufen. Die Einzelringe 28 können aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, wobei zumindest die die äußere bzw. innere Wandung des Hubrings 24 bildenden Einzelringe 28a, c aus Verschleißgründen aus Stahl bestehen. Zwischen den die äußere bzw. die innere Wandung des Hubrings 24 bildenden Einzelringen 28a, c können auch ein oder mehrere aus Kunststoff bestehende Einzelringe 28b eingesetzt werden.The positive displacement machine 10 shown as an example of a radial piston machine (pump or motor) in FIGS. 1 and 2 has a housing 11 which delimits an interior space 12 which is sealed off from the outside. A stationary control pin 13 , in which a plurality of longitudinal channels 14 are formed, projects into this interior 12 . The longitudinal channels 14 open in the region of the interior 12 into control slots 15 which are arranged on the circumference of the control pin 13 and which are connected to the inlet and outlet connections 16 of the displacement machine 10 on the housing side. On the control shaft 13, a rotor 18 is rotatably mounted which communicates with an outwardly and mounted in the housing 11 the shaft 19 in operative connection. The rotor 18 has continuous radial bores distributed over its circumference, which form cylinders 20 . Working pistons 22 are slidably guided in the cylinders 20 . At their ends facing away from the control pin 13 , the working pistons 22 are connected in an articulated manner to sliding shoes 23 . These sliding shoes 23 are supported on the inner surface of a cam ring 24 which surrounds the rotor 18 . There is an eccentricity E between the cam ring 24 and the rotor 18 , due to which the working piston 22 is forced to move in the course of one revolution of the rotor 18 . For this purpose, the sliding shoes 23 are movably bound to the lifting ring 24 by retaining rings 26 . The eccentricity E can be changed by means of a hydraulically supported adjusting device 27 integrated in the housing 11 of the radial piston machine and consisting of two piston / cylinder units acting on the lifting ring 24 . The cam ring 24 is constructed from a plurality of individual rings 28 a, b, c which enclose one another and are fitted into one another without play. In the exemplary embodiment, three individual rings 28 a, b, c of the same wall thickness are shown, but any number greater than two individual rings 28 is conceivable, the wall thickness of which can also be of different thicknesses. That existing between the individual rings 28 interfaces 29 a, b is essential to extend the cam ring 24 is outside the neutral bending fiber 25th The individual rings 28 can be made of different materials, with at least the individual rings 28 a, c forming the outer or inner wall of the cam ring 24 being made of steel for reasons of wear. One or more individual rings 28 b made of plastic can also be inserted between the individual rings 28 a, c forming the outer or the inner wall of the cam ring 24 .

Die Funktionsweise einer derartigen Verdrängermaschine 10 wird im folgenden am Beispiel einer als Pumpe arbeitenden Radialkolbenmaschine erläutert. In dieser Betriebsart wird die Welle 19 von einer nicht dargestellten Antriebseinheit in eine Rotation versetzt, die von einer Kupplung 30 auf den Rotor 18 übertragen wird. Bei einer zwischen dem Rotor 18 und dem Hubring 24 vorhandenen Exzentrizität E wird den Arbeitskolben 22 daraufhin eine periodische Hubbewegung aufgezwungen. Synchron zu dieser Hubbewegung werden die an den Steuerschlitzen 15 des Steuerzapfens 13 vorbeirotierenden Zylinder 20 mit dem Zu- bzw. Ablaufanschluß 16 der Radialkolbenmaschine verbunden, so daß ein Druckmittel durch das Triebwerk hindurch gefördert wird. The operation of such a displacement machine 10 is explained below using the example of a radial piston machine working as a pump. In this operating mode, the shaft 19 is set into rotation by a drive unit, not shown, which is transmitted from the clutch 30 to the rotor 18 . If there is an eccentricity E between the rotor 18 and the cam ring 24 , the working piston 22 is then forced to perform a periodic lifting movement. In synchronism with this stroke movement, the cylinders 20 rotating past the control slots 15 of the control pin 13 are connected to the inlet or outlet connection 16 of the radial piston machine, so that a pressure medium is conveyed through the engine.

Die dabei in den Zylindern 20 entstehenden hydraulischen Kräfte summieren sich zu einer Resultierenden, die vom Hubring 24 aufgenommen und an die mit ihm zusammenwirkenden Bauteile weitergeleitet wird. Der Betrag dieser Resultierenden ist aufgrund der sich ändernden Wirkungsrichtungen der Kräfte von der augenblicklichen Stellung des Rotors abhängig und schwankt periodisch. Extremwerte nimmt die Resultierende jeweils dann an, wenn einer der Arbeitskolben 22 einen seiner beiden Umkehrpunkte IT,AT durchläuft. Die bei einer gleichbleibenden Drehzahl des Rotors 18 mit konstanter Frequenz aufeinanderfolgenden Extremwerte der Resultierenden regen den Hubring 24 bzw. die mit ihm gekoppelten Bauteile zu Schwingungen an, die das Betriebsgeräusch der Verdrängermaschine 10 wesentlich mitbestimmen. Zur Reduzierung dieser Schwingungen und damit des Betriebsgeräuschs der Verdrängermaschine 10 ist der Hubring 24 mehrteilig ausgebildet, wobei die den Hubring 24 bildenden Einzelringe 28a, b, c außerhalb der neutralen Biegefaser 25 verlaufende Grenzflächen 29 aufweisen. Dadurch wird erreicht, daß die Einzelringe 28 neben einer elastischen Verformung infolge der auf sie einwirkenden pulsierenden Druckkräfte gleichzeitig zueinander eine Relativbewegung ausführen. Die bei dieser Relativbewegung erzeugte innere Reibung im Hubring 24 wirkt sich schwingungsdämpfend aus, ohne hierzu zusätzliche Bauteile zu erfordern. Um die Relativbewegung zwischen den Einzelringen 28a, b, c des Hubrings 24 unter allen Betriebsbedingungen der Verdrängermaschine 10 sicherzustellen, kann die Verdrängermaschine 10 wenigstens eine Einrichtung aufweisen, die eine Drehbewegung des die Außenwandung des Hubrings 14 bildenden Einzelrings 28a um den Rotor 18 verhindert.The resulting hydraulic forces in the cylinders 20 add up to a resultant which is taken up by the cam ring 24 and passed on to the components interacting with it. The amount of this resultant depends on the current position of the rotor due to the changing directions of action of the forces and fluctuates periodically. The resultant assumes extreme values when one of the working pistons 22 passes through one of its two reversal points IT, AT. The extreme values of the resultants, which follow one another at a constant rotational speed of the rotor 18 at a constant frequency, excite the cam ring 24 or the components coupled to it to vibrations, which substantially determine the operating noise of the displacement machine 10 . In order to reduce these vibrations and thus the operating noise of the displacement machine 10 , the cam ring 24 is formed in several parts, the individual rings 28 a, b, c forming the cam ring 24 having boundary surfaces 29 extending outside the neutral bending fiber 25 . It is thereby achieved that the individual rings 28, in addition to an elastic deformation as a result of the pulsating pressure forces acting on them, simultaneously execute a relative movement. The internal friction generated in this relative movement in the cam ring 24 has a vibration-damping effect without requiring additional components. To the relative movement between the individual rings 28 a b, c of the cam ring 24 under all operating conditions of the displacement ensure 10, the displacement machine 10 may include at least a means for preventing a rotational movement of the outer wall of the cam ring 14 forming single ring 28 a around the rotor 18 .

Die Verstellfunktion des Hubrings 24, das Bauvolumen und die Montagekosten der Verdrängermaschine 10 werden durch diese Maßnahme allenfalls gering beeinflußt.The adjustment function of the cam ring 24 , the construction volume and the assembly costs of the displacement machine 10 are at most slightly influenced by this measure.

Selbstverständlich sind Weiterbildungen oder Ergänzungen des Ausführungsbeispiels möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. In diesem Zusammenhang ist eine Optimierung des Dämpfungsverhaltens durch Variation der Pressungen zwischen den Einzelringen 28, durch unterschiedliche Wandungsdicken und unterschiedliche Lagen der Grenzflächen 29 oder durch verschiedene Werkstoffe der Einzelringe 28 denkbar.Of course, further developments or additions to the exemplary embodiment are possible without deviating from the basic idea of the invention. In this context, an optimization of the damping behavior by varying the pressures between the individual rings 28 , by different wall thicknesses and different positions of the interfaces 29 or by different materials of the individual rings 28 is conceivable.

Claims

1. Hydraulic displacement machine ( 10 ) (pump or motor), in particular vane cells or radial piston machine, with a housing ( 11 ) which delimits an interior ( 12 ) into which a stationary control pin ( 13 ) protrudes, which is separate from one another and with a plug - Or drain connection ( 16 ) connected channels ( 14 ), with a rotatably mounted on the control pin ( 13 ) and coupled to a shaft ( 19 ) rotor ( 18 ), in the cylinder ( 20 ) forming recesses with sliding elements guided therein ( 22 ) are arranged, and with a lifting ring ( 24 ) surrounding the rotor ( 18 ), on which the lifting elements ( 22 ) are supported with their ends facing away from the control pin ( 13 ), characterized in that the lifting ring ( 24 ) is made of there are at least two play-free individual rings ( 28 ), and that the neutral bending fiber ( 25 ) of the cam ring ( 24 ) does not leave one of the interfaces ( 29 ) between the individual rings ( 28 ) accumulates.

2. Hydraulic displacement machine ( 10 ) (pump or motor), according to claim 1, characterized in that the individual rings ( 28 ) of the cam ring ( 24 ) are arranged one after the other in its radial direction of expansion.

3. Hydraulic displacement machine ( 10 ) (pump or motor) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the interfaces ( 29 ) to the outer or inner wall of the cam ring ( 24 ) and are concentric with each other.

4. Hydraulic displacement machine ( 10 ) (pump or motor), according to one of claims 1 to 3, characterized in that the individual rings ( 28 a, b, c) of the cam ring ( 24 ) consist of a single material.

5. Hydraulic displacement machine ( 10 ) (pump or motor), according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outer and inner walls of the cam ring ( 24 ) forming individual rings ( 28 a, c) consist of steel, and that any individual rings ( 28 a, c) lying between these outer and inner walls forming individual rings ( 28 b) are made of plastic.

6. Hydraulic displacement machine ( 10 ) (pump or motor), according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one of the mutually facing walls of the individual rings ( 28 ) has an abrasion-resistant coating.

7. Hydraulic displacement machine ( 10 ) (pump or motor), according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cam ring ( 24 ) can be changed in its position relative to the rotor ( 18 ), and that for changing this position in the housing ( 11 ) at least one adjustment device ( 27 ) is present.

8. Hydraulic displacement machine ( 10 ) (pump or motor) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the displacement machine ( 10 ) has at least one device which rotates the outer wall of the cam ring ( 24 ) forming the individual ring ( 28 a) around the rotor ( 18 ) prevented.