DE1966890C3 - Mehrzylindrige hydraulische Radialkolbenmaschine mit umlaufendem Zylinderblock und Kugelkolben - Google Patents

Description

ben, so daß die konvexen Bahnteile wesentlich flacher als die konkaven Bahnteile sind. Dadurch ergeben sich sanfte Übergänge zwischen den Nockenkuppen und den Nockenflanken, was zu einer beträchtlichen Verminderung der Hertzschen Spannungen an diesen Übergangsbereichen führt

Die im vorstehenden Patentanspruch angegebene Bedingung für die Einhaltung einer konstanten Verdrängung der ganzen Maschine lautet, daß das Verhältnis der Kolbenzahl π und des größten gemeinsamen Teilers / von Kolbtnanzahl und Nockenanzahl durch 4 teilbar ist. Zwar ist es aus der bereits eingangs erwähnten FR-PS 14 88 159 bekannt, das Verhältnis V/zwecks Erreichung einer konstanten Verdrängung gleich 4 zu machen, jedoch umfaßt die bekannte Bedingung nicht alle möglichen Fälle.

Das Verhältnis n/l hat eine besondere Bedeutung, denn es gibt an, wie viele verschiedene, sich nicht in Phase befindliche Kolbenstellungen in jedem Zeitpunkt in der Maschine existieren. Der größte gemeinsame Teiler /von Kolbenanzahl und Nockenanzahl gibt dabei an, wie viele gleichphasige Kolben jeder dieser verschiedenen Kolbenstellungen zugeordnet sind, also wie viele Kolben der Maschine sich in jedem Zeitpunkt in bezüglich der Nockenquerschnittskurve gleichen Positionen befinden. 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. Zur Erzeugung eines konstanten Verdrängungsvolumens bzw. eines konstanten Drehmoments in der ganzen Maschine ist es notwendig, daß jedem Ast der dieser, die ganze Maschine repräsentierenden Profilwelle zugeordneten Kolbengeschwindigkeitskurve stets eine konstante Anzahl von Kolben zugeordnet sein muß. Die Gesamtzahl der auf der repräsentativen Profilwelle agierenden Kolben beträgt n/l. Es leuchtet also ein, daß, da sich der Kolbengeschwindigkeitsverlauf für diese repräsentative Profilwelle aus vier Kurvenästen, nämlich zwei Kurvenästen für den Einwärtshub und zwei Kurvenästen für den Auswärtshub, zusammensetzt, das Verhältnis n/I durch 4 teilbar sein muß.

In der Praxis ist es bekanntlich üblich, die einzelnen Kolbenhübe durch kleine Verweilphasen an den "5 Totpunktbereichen der Nockenbahn voneinander zu trennen. Diese Verweilphasen stellen Abschnitte dar, während welcher die Kolben keine Hubbewegung ausführen und folglich keine Verdrängung stattfindet und während welcher also die den Zylindern zugeordne- so ten Ventile umschalten können. Außerdem haben diese Verweilphasen den Zweck, größere Toleranzen hinsichtlich der Lage der zu den Zylindern führenden Kanäle zu ermöglichen.

Derartige Verweilphasen können bekanntlich entweder nur in den Taltotpunkten der Nockenbahn oder an sämtlichen Totpunkten vorgesehen sein. Selbstverständlich müssen diese Verweilphasen jeweils durch entsprechende, zwischen den beiden Kurvenästen des Kolbengeschwindigkeitsverlaufs eingeschaltete Phasen konstanter Geschwindigkeit kompensiert werden, damit eine konstante Verdrängung bzw. ein konstantes Drehmoment der ganzen Maschine erhalten bleibt.

Die Anordnung solcher Verweilphasen ist ohne Schwierigkeit auch bei der erfindungsgemäßen Radialkolbenmaschine möglich.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Jn den Zeichnungen stellt dar:

Fig. 1 ein vollständiges Kolbengeschwindigkeitsdiagramm für eine Maschine nach der Erfindung mit acht Kolben und zwei Profilwellen und

Fig.2 einen vergrößerten Ausschnitt des Kolbengeschwindigkeitsdiagramms nach Fig. 1, welcher die Form des Kolbengeschwindigkeitsverlaufs deutlich wiedergibL

F i g. 1 zeigt ein vollständiges Kolbengeschwindigkeitsdiagramm für eine hydrostatische Maschine mit acht Kugelkolben und einer zweiwelligen Nockenbahn, wobei die über dem Drehwinkel aufgetragenen Kolbengeschwindigkeitsverläufe aller acht Kolben untereinandergezeichnet sind. Um die Beziehungen zu ischen Koibengeschwindigkeitsverlauf und zugehöriger Nockenbahn leichter verständlich zu machen, ist über dem Kolbengeschwindigkeitsdiagramm die zum Kugeikolben Nr. 1 gehörende Nockenbahn gezeichnet. Der den Kolben Nr. 1 darstellende Kugelkolben 10, der in einem Zylinder 11 verschiebbar angeordnet ist, bewegt sich von links nach rechts über die Nockenbahn 12. Die Bahn, welche der Mittelpunkt des Kugelkolbens 10 bei dessen Weg über die Nockenbahn 12 beschreibt, ist mit 13 bezeichnet

Anhand der über dem Geschwindigkehsverlauf des Kolbens Nr. 1 gezeichneten Nockenbahn 12 ist ersichtlich, daß die positiven Kurvenabschnitte 14 des Geschwindigkeitsverlaufs jeweils einem Auswärtshub des Kolbens, also einem den Kolben von einem Nockenbahnhügel in ein Nockenbahntal führenden Hub, und die negativen Kuvenabschnitte 15 des Geschwindigkeitsverlaufs jeweils einem Einwärtshub des Kolbens, also einem den Kolben aus einem Nockenbahntal auf einen Nockenbahnhügel führenden Hub zugeordnet sind. Wie aus dieser Darstellung weiter hervorgeht, entsprechen die Schnittpunkte der Geschwindigkeitskurve mit der Nullinie den Kolbentotpunkten, während die Maxima der Geschwindigkeitskurve den Wendepunkten der Kugelmittelpunktbahn zugeordnet sind.

Die Form des Geschwindigkeitsverlaufs ist aus F i g. 2 deutlicher ersichtlich, welche einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Geschwindigkeitsdiagramm nach Fig. 1 darstelu. Fig. 2 zeigt den Geschwindigkeitsverlauf des Kolbens Nr. 1 für einen Auswärtshub und einen Einwärtshub, also für eine vollständige Profilwelle der Nockenbahn, und, darunter gezeichnet, einen Teil des Geschwindigkeitsverlaufs des Kolbens Nr. 2. Wie F i g. 2 zeigt, haben Auswärtshub (Kurvenabschnitt 14) und Einwärtshub (Kurvenabschnitt 15) des Kolbens jeweils gleiche Länge, d. h. sie überspannen jeweils gleiche Zylinderblockdrehwinkel. Der dem Auswärtshub des Kolbens zugeordnete Kurvenabschnitt 14 weist einen der Beschleunigungsphase der Kolbenhubbewegung zugeordneten Kurvenast 14/4, der mit horizontaler Tangente im Geschwindigkeitswert Null beginnt und konkav aufwärts, d. h. mit monoton zunehmender Steigung bis zum Maximalwert der Geschwindigkeit verläuft, und einen der Verzögerungsphase der Kolbenhubbewegung zugeordneten Kurvenast 14Ö auf, welcher, ebenfalls mit horizontaler Tangente beginnend, vom Maximalwert der Geschwindigkeit mit zunehmender negativer Steigung konvex shwiris bis zum Nullwert der Geschwindigkeit verläuft Bei dem, dem Einwärtshub zugeordneten Abschnitt 15 des Geschwindigkeitsverlaufs sind die Verhältnisse umgekehrt, d h. der, der Beschleunigungsphase zugeordnete Kurvenasi

15/1 beginnt irr Geschwindigkeitsnullwert mit steiler Tangente und endet mit flacher Tangente im Maximalwert der Geschwindigkeit, und der, der Verzögerungsphase des Einwärishubes zugeordnete Kurvenast i5P führt vom Geschwindifckeitsmaximum, mit steiler Tangent" !•cginr'-jnd, rr.'t monoton abnehmender Steigung zum Geschwindigkeitsnullwert zurück, wo er mit horizontaler Tangente endet. Die Geschwindigkeitskurvenabschnitte 14 und 15 für einen Auswärtshub und einen Einwärtshub sind mit Bezug auf die Schnittpunkte der Geschwindigkeitskurve mit der Nnllinie zueinander drehsymmetrisch.

Damit eine konstante Verdrängung der ganzen Maschine erreicht wird, ist es bekanntermaßen erforderlich, daß die Hubbewegung eines Kolbens jeweils durch eine entgegengesetzte Hubbewegung eines anderen Kolbens kompensiert wird, wobei jeder Beschleunigungsphase eines Kolbens eine entsprechende Verzögerungsphase eines anderen Kolbens zugeordnet sein muß. Die einer Beschleunigungsphase zugeordneten Kurvenäste des Geschwindigkeitsverlaufs und die einer Verzögerungsphase zugeordneten Kurvenäste müssen dazu derart komplementär ausgebildet sein, daß die Summe der Verdrängungsvolumen bei den Kolbenhubbewegungen während einer Kolbenbeschleunigungsphase und einer Kolbenverzögerungsphase in jedem Zeitpunkt konstant ist. Wie F i g. 2 zeigt, ist der Beschleunigungsphase des Auswärtshubes des Kolbens Nr. 1 eine Verzögerungsphase eines Auswärtshubes des Kolbens Nr. 2 zugeordnet. Die in Fig. 2 übereinandergezeichneten Kolbengeschwindigkeitsverläufe zeigen den Zusammenhang zwischen den komplementären Kurvenästen 14Λ und 145 der Beschleunigungsphase und der Verzögerungsphase. Die zwischen dem Kurvenast 146 und einer durch den Geschwindigkeitsmaximalwert gehenden Parallelen zur Nullinie liegende schraffierte Fläche A' ist durch Spiegelung der unter dem Kurvenast 14.4 liegenden ebenfalls schraffierten Fläche A an der Nullinie entstanden. Da die von der Geschwindigkeitskurve umschriebene I- lache der Verdrängune proportional ist. sieht man also, daß während der gesamten Beschleunigungsphase des Aüswärtshubes des Kolbens Nr. 1, während welcher der Kolben Nr.

1 mit dem Kolben Nr. 2 korrespondiert, die Summe der Verdrängungen dieser be'den Kolben konstant ist.

Die Zuordnung der verschiedenen Kolben während den einzelnen Hubabschnitten der beispielsweise beschriebenen Maschine geht aus Fig. i hervor. Wie

ίο ersichtlich ist, sind die Kolben Nr. 1 bis 4 und die Kolben INr. ä his 8 jeweils unter sich phasenverschieden, während der Kolben Nr. 1 mit dem Kolben Nr. 5, der Kolben Nr. 2 mit dem Kolben Nr. 6 usw. phasengleich ist. Die Summe der Verdrängungen der Kolben Nr. 1 bis Nr. 4 ist in jedem Zeitpunkt gleich Null, ebenso die Summe der Verdrängungen der Kolben Nr. 5 bis Nr. S und foSgUi-h ist das Verdrängungsvolumen der ganzen Maschine stets konstant.

Die über dem Kolbengcschwindigkeitsdiagramm in F i g. 1 gezeichnete, zum Geschwindigkeitsverlauf des Kolbens Nr. 1 gehörende Kugelmittelpunktbahn 13 zeigt, daß zwar die konvexen Bahnbereiche und die konkaven Bahnbereiche jeweils gleich breit sind, d. h. gleiche Zylinderblockdrehwinkel überspannen, daß jedoch die konvexen Bereiche flacher als die konkaven Bereiche sind, d. h. der Hubweg zwischen dem inneren Totpunkt (Kuppe der Kugelmittelpunktbahn) und einem Wendepunkt ist kürzer als der Hubweg zwischen dem äußeren Totpunkt (Tal der Kugelmittelpunktbahn) und einem Wendepunkt. Diese Tatsache wird auch aus Fig. 2 deutlich, denn die dem Hubweg proportionalen Flächen Cund D unter dem der Verzögerungsphase des Auswärtshubes zugeordneten Kurvenast 14θ und dem der Beschieunigungsphase des Einwärtshubes zugeordneten Kurvenast 15Λ sind zusammen größer als die Summe der Flächen A und B unter dem der Verzögerungsphase des Einwärtshubes zugeordneten Kurvenast 15ß und dem der Beschleunigungsphase des Auswärtshubes zugeor ineten Kurvenast 14A

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Mehrzylindrige hydraulische Radialkolbenmaschine mit umlaufendem Zylinderblock und Kugelkolben, welche mit einer am Gehäuse angeordneten mehrwelligen Nockenbahn zusammenwirken, wobei die zur Nockenquerschnittskurve gehörende Kugelmittelpunktbahn eine mit ihrer Abszisse auf einen Kreisbogen gewickelte Kurve ist, die zwischen den Wendepunkten jeweils gleiche Abszissenabschnitte überspannende symmetrische konvexe und konkave Kurventeüe aufweist, wobei weiter der sich daraus ergebende, über dem Zylinderblockdrehwinkel aufgetragene Kolbengeschwindigkeitsverlauf für jeden «5 Hub einen ungleichförmig bis auf einen Maximalwert ansteigenden Kurvenast und ein«n dazu umgekehrt gleich ungleichförmig auf den Nullwert abfallenden Kurvenast besitzt und die beiden Kurvenäste für einen Auswärtshub jeweils mit flacher Tangente beginnen und die beiden Kurvenäste für einen Einwärtshub jeweils mit flacher Tangente enden, und wobei die Anzahlen von Kolben und Nocken so gewählt sind, daß ein konstantes Verdrängungsvolumen der ganzen Maschine erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden jeweils mit flacher Tangente beginnenden Kurvenäste des Kolbengeschwindigkeitsverlaufs für einen Auswärtshub sich jeweils mit monoton zunehmender Steigung bis zum Maximalwert bzw. Nullwert fortsetzen, daß weiter die beiden Kurvenäste für einen Einwärtshub jeweils mit steiler Tangente beginnen und sich mit monoton abnehmender Steigung bis zum Maximalwert bzw. Nullwert fortsetzen, und daß das Verhältnis der Kolbenzahl η und des größten gemeinsamen Teilers / von Kolbenanzahl und Nockenanzahl durch 4 teilbar ist.

   40

   Die Erfindung betrifft eine mehrzylindrige hydraulische Radialkolbenmaschine gemäß Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruchs.

   Aus der FR-PS 14 88 159 ist es bekannt, bei einer hydraulischen Radialkolbenmaschine eine für jeden Hub aus zwei gleichen, entgegengesetzten gekrümmten Parabelästen bestehende Kugelmittelpunktbahn zur Bildung der Nockenquerschnittskurve zu verwenden, so daß der über dem Zylinderblockdrehwinkel aufgetragene Kolbengeschwindigkeitsverlauf bei konstanter Winkelgeschwindigkeit des Zylinderblockes die Gestalt eines gleichschenkligen Dreiecks aufweist, was konstante Kolbenbeschleunigung während der ersten Hubhälfte und konstante Kolbenverzögerung während der zweiten Hubhälfte bedeutet.

   Aus dieser obengenannten FR-PS 14 88 159 ist es weiter bekannt, zur Virminderung der Hertzschen Spannungen zwischen den Kugelkolben und der Nockenbahn im Bereich der radial inneren Kolbentotpunkte die Nockenquerschnittskurve so abzuwandeln, daß der sich aus ihr ergebende Kolbengeschwindigkeitsverlauf für einen Hub, aufgetragen über dem Zylinderblockdrehwinkel, nicht mehr exakt die Form eines gleichschenkligen Dreiecks hat, sondern jeder Schenkel des Dreiecks durch eine diesen in der Mitte schneidende S-Kurve ersetzt ist, wobei die beiden S-Kurven an der

   45

   50

   55

   60

   65 dem Maximalwert der Geschwindigkeit entsprechenden Spitze des ursprünglichen Dreiecks mit waagrechter Tangente ineinander übergehen und die Geschwindigkeitskurven zweier aufeinanderfolgender Kolbenhübe beim Geschwindigkeitswert Null ebenfalls mit waagerechter Tangente ineinander übergehen. Diese Abwandlung der Nockenquerschnittskurve hat zur Folge, daß die Nockenkuppen breiter und im Bereich der Kuppenmitte, also im Bereich des radial inneren Kolbentotpunktes, schwächer gekrümmt sind. Allerdings sind dann, da bei der bekannten Maschine die spiegelbildlich gleiche Ausbildung der beiden Hälften der Nockenquerschnittskurve für einen Hub wegen der Forderung nach konstantem Verdrängungsvolumen der ganzen Maschine beibehalten wird, auch die zwischen der. Nocken liegenden Täler der Nockenbahn breiter und im Talmittenbereich, also dem Bereich der äußeren Kolbentotpunkte, schwächer gekrümmt Infolgedessen müssen notwendigerweise die Nockenflanken steiler und die Übergänge zwischen den Flanken und den Nockenkuppen und den Nockentälern stärker gekrümmt sein. Dieser bekannten Maßnahme zur Verminderung der Hertzschen Spannungen sind also dadurch Grenzen gesetzt, daß im gleichen Maße, wie die Hertzschen Spannungen im Kuppenmittenbereich der Nocken vermindert werden, diese Spannungen an den Übergängen von den Nockenkuppen zu den Nockenflanken zwangläufig stärker auftreten. Angesichts der auch auf diesem Sachgebiet allgemein herrschenden Tendenz zu höheren Drehzahlen ist es jedoch wünschenswert, die im Bereich der Nockenkuppen auftretenden Hertzschen Spannungen bei Einhaltung eines konstanten Verdrängungsvolumens der ganzen Maschine noch weiter zu vermindern, als dies bei der bekannten Maschine möglich ist.

   Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Bahnformen für Radialkolbenmaschinen gemäß Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruchs anzugeben, mit denen die höchsten an den konvexen Bahnteilen auftretenden Hertzschen Spannungen vermindert werden.

   Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des vorstehenden Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

   Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß es vorteilhaft ist, die Krümmung der Nockenbahn im Bereich der Nockenkuppen möglichsi schwach zu halten und dafür eine beträchtlich stärkere Krümmung im Bereich der zwischen den Nocken liegenden Täler in Kauf zu nehmen, da der sich dann in den Tälern einstellende erhöhte Schmiegungsgrad auch zu einer Vergrößerung des wirksamen Berührungsflecks zwischen den Kolben und der Nockenbahn führt. Die Grenzen dieser Abflachung der Nockenkuppen auf Kosten der Nockenbahntäler sind dabei durch die größten zulässigen Beschleunigungen auf die Kolben beim Durchlaufen der Nockenbahntäler gegeben.

   Zwar sind bei der Maschine nach der Erfindung, ebenso wie bei der bekannten Maschine, die zwischen den Wendepunkten liegenden konvexen Bahnteile der zur Nockenquerschnittskurve gehörenden Kugelmittelpunktbahn gleich breit wie die zwischen den Wendepunkten liegenden konkaven Bahnteile, jedoch liegen die Wendepunkte infolge des erfindungsgemäßen asymmetrischen Kolbengeschwindigkeitsverlaufs für jeden Hub nicht wie bei der bekannten Maschine in der Mitte des Hubweges, sondern sie sind beträchtlich in Richtung der Kuppen der konvexen Bahnteile verscho-