DE19843120C1 - Verstellbare Radialkolbenmaschine - Google Patents

Abstract

Es wird eine verstellbare Radialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) vorgeschlagen, deren Triebwerk eine besonders kostengünstig herstellbare, um eine ihrer Mittelachsen verschwenkbare Hubeinrichtung (24) aufweist. Diese wirkt mit einer Verstelleinrichtung (28) zusammen, deren Einzelteile (30, 32, 38) als Massenware beziehbar sind, oder auf einfache Weise spritzgußtechnisch spanlos herstellbar sind. Die Montage der Einzelteile (30, 32, 38) erfolgt durch wenige Handgriffe und ohne Werkzeugeinsatz. Die Verstelleinrichtung (28) der Radialkolbenmaschine wirkt formschlüssig, so daß zur Verstellung und Rückstellung eine einzelne Verstelleinrichtung (28) ausreicht und die Radialkolbenmaschine besonders kompakt baut.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer verstellbaren Radialkolben­ maschine entsprechend der Gattung des Anspruchs 1. Derartige Radialkolbenmaschinen sind beispielsweise aus der DE 197 03 155 A1 und aus der US 2,420,806 bereits bekannt. Diese Druckschriften offenbaren jeweils ein Triebwerk, bei dem ein Rotor drehbar auf einem Steuerzapfen gelagert ist. Im Rotor sind in radial angeordneten Zylindern Arbeitskolben geführt, die sich an einer den Rotor umschließenden Hubeinrichtung abstützen. Diese Hubeinrichtung ist koaxial zum Rotor angeordnet und schwenkbar um eine ihrer Mittelachsen gelagert. Im verschwenkten Zustand wird den Arbeitskolben dadurch bei sich drehendem Rotor pro Umdrehung eine Doppelhubbewegung aufgezwungen, deren Maximalhub zum Schwenkwinkel der Hubeinrichtung proportional ist. Die Schwenkbewegung wird von einer Verstelleinrichtung in Form einer von außen betätigbaren Verstellschraube bzw. eines Handhebels auf die Hubeinrichtung übertragen.

Aus Verschleißgründen ist der schwenkbare Hubring im wesentlichen aus Metall gefertigt und mit einander gegenüberliegenden Lagerzapfen versehen. Die Herstellung eines schwenkbaren Hubrings ist daher aufwendig und teuer, so daß eine derartige Radialkolbenmaschine trotz ihrer kraftausgeglichenen Rotorlagerung aus wirtschaftlichen Gründen vielfach durch eine billigere Radialkolbenmaschine mit längsverschiebbarem Hubring ersetzt wird, obwohl diese Bauweise eine höhere Lagerbelastung zur Folge hat.

Vorteile der Erfindung

Dem gegenüber weist eine verstellbare Radialkolbenmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil auf, daß ihre Verstelleinrichtung aus Einzelteilen aufgebaut ist, die als Massenware preiswert beziehbar sind oder die als Spritzgußteile weitgehend spanlos herstellbar sind. Diese Einzelteile sind durch wenige Handgriffe und ohne Werkzeugeinsatz miteinander montierbar und ermöglichen somit ein insgesamt kostengünstiges, verstellbares Triebwerk mit guten Betriebseigenschaften. Letzteres baut relativ kompakt und weist aufgrund seiner kraftausgeglichenen Rotorlagerung eine lange Lebensdauer auf.

Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig. 1 zeigt den generellen Aufbau eines Triebwerks einer Radialkolbenmaschine im Querschnitt, in der Fig. 2 sind die Bauteile der Verstelleinrichtung des Triebwerks in Wechselwirkung miteinander ebenfalls im Querschnitt dargestellt. Die wesentlichen Einzelteile der Verstelleinrichtung sind in Fig. 3 nochmals perspektivisch gezeichnet; Fig. 4 zeigt einen teilweisen Querschnitt durch die in eine Radialkolbenmaschine eingebaute Verstelleinrichtung, wobei der Einfachheit halber auf die Darstellung des Triebwerks verzichtet wurde.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt schematisch das Triebwerk 10 einer Radialkolbenmaschine im Längsschnitt, wobei auf die Darstellung eines Gehäuses der Radialkolbenmaschine, in dessen Innenraum das Triebwerk 10 eingebaut ist, verzichtet wurde. Eines der wesentlichen Bauteile des Triebwerks 10 stellt ein ringförmiger Rotor 12 mit durchgehenden, Zylinder 14 bildenden Radialbohrungen dar. Im Ausführungsbeispiel weist der Rotor 12 aus Gründen einer kraftausgeglichenen Lagerung exemplarisch eine geradzahlige Anzahl von Zylindern 14 auf. In diesen Zylindern 14 sind Arbeitskolben 16 beweglich geführt, um zuströmendem Druckmittel Druckenergie zuzuführen bzw. darin enthaltene Druckenergie in Bewegungsenergie umzuwandeln. Der Rotor 12 ist dazu mit seiner Nabe 18 drehbar auf einem Steuerzapfen 20 gelagert. Dieser ist auf nicht gezeichnete Art und Weise ortsfest im Gehäuse der Radialkolbenmaschine angeordnet. Im Steuerzapfen sind Zu- bzw. Ablaufkanäle ausgebildet, die in umfangseitigen, voneinander durch Stege 21 getrennten Steuerschlitzen 22a bis d enden. Diese im Bereich der Lagerstelle des Rotors 12 angeordneten Steuerschlitze 22a bis d wirken mit den vorbeirotierenden Zylindern 14 zusammen und steuern diese.

Abhängig von der Betriebsweise der Radialkolbenmaschine als Pumpe oder Motor erfolgt der An- bzw. Abtrieb des Rotors 12 über eine nicht gezeichnete gehäuseseitige Welle, die mit dem Rotor 12 durch eine nicht erkennbare Kupplung drehfest verbunden ist. Eine aufgrund der Drehbewegung D des Rotors 12 auf die Arbeitskolben 16 einwirkende Fliehkraft bewirkt die Anlage der Arbeitskolben 16, mit ihren vom Steuerzapfen 20 abgewandten Enden, an einem Hubring 24.

Dieser Hubring 24 ist konzentrisch zum Rotor 12 angeordnet und umschließt den Rotor 12 umfangseitig. Der Hubring 24 hat eine kreisrunde Außen- und Innenkontur und ist um eine seiner Symmetrieachsen S schwenkbar im Gehäuse gelagert. In Fig. 1 ist der Hubring 24 in der ausgelenkten Stellung gezeichnet, wodurch seine Kontur in der Zeichenebene oval erscheint. Aufgrund dieser Schwenkbewegung wird den Arbeitskolben 16 im Verlauf einer Rotorumdrehung eine Doppelhubbewegung aufgezwungen, deren Maximalhub proportional zum augenblicklichen Schwenkwinkel des Hubrings 24 ist. Dieser Schwenkwinkel ist abhängig von den momentanen Betriebsbedingungen der Radialkolbenmaschine veränderbar und wird von außen durch eine Verstelleinrichtung 28, wie sie in Fig. 2 vergrößert gezeichnet ist, geregelt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Verstelleinrichtung 28 besteht aus den in Fig. 3 gezeichneten und gemäß Fig. 2 miteinander zusammenwirkenden Einzelteilen. Eines der Bauteile ist ein walzenförmig ausgebildetes, außenverzahntes Ritzel 30, das quer zur Längsachse des Hubrings 24 in einer zur Triebwerkskammer hin offenen Ausnehmung des Gehäuses der Radialkolbenmaschine angeordnet ist. Dieses Ritzel 30 ist von außen betätigbar, beispielsweise mechanisch durch einen einfachen stirnseitigen Schlitz 31 oder elektrisch durch einen Antriebsmotor. Das Ritzel 30 wirkt zur Verstellung des Hubrings 24 mit einem ebenfalls außenverzahnten Zahnsegment 32 zusammen, das ortsfest am Hubring 24 fixiert ist. Hierzu ist das Zahnsegment 32 brückenartig geformt und verfügt über zwei seitliche Haltearme 34, die die Stirnseiten des Hubrings 24 umgreifen. Auf seiner von der Außenverzahnung abgewandten Innenseite weist das Zahnsegment 32 eine nutförmige Ausnehmung 36 auf, die mit einer entsprechenden Ausnehmung 37 an einem, den Hubring 24 umschließenden Käfig 38 einen Formschluß bildet.

Beim Käfig 38 handelt es sich um ein geschlossenes, ringförmiges Bauelement, das an zwei einander gegenüberliegenden Stellen jeweils ein axial in beide Richtungen abstehendes Klauenpaar 40 hat. Letztere umgreifen, vergleichbar mit den Haltearmen 34 des Zahnsegments 32, die Stirnseiten des Hubrings 24 unter Ausbildung einer Rast- bzw. Clipverbindung.

Als Hubring 24 läßt sich beispielsweise ein Laufring eines Nadellagers, ohne anwendungsspezifische Modifikationen zu erfordern, verwenden. Derartige Laufringe werden in großen Stückzahlen produziert und stehen daher preiswert zur Verfügung.

Im Bereich der Klauenpaare 40 ist der Käfig 38 mit radial zum Hubring 24 ausgerichteten Lagerbohrungen 42 versehen. Wie Fig. 4 zeigt, greifen in diese Lagerbohrungen 42 Zapfen 44 ein, die an ihren dem Gehäuse der Radialkolbenmaschine zugewandten Enden mit Außengewinden 46 versehen sind. Mit diesen Außengewinden 46 sind die Zapfen 44 in nach außen offene Gewindebohrungen 48 am Gehäuse der Radialkolbenmaschine eingeschraubt. Zur Regulierung des Lagerabstandes sind die Zapfen 44 mit einem nach außen weisenden, geschlitzten Kopf ausgestattet.

Das Ritzel 30, das Zahnsegment 32 und der Käfig 38 sind spritzgußtechnisch und montagefertig herstellbare Bauteile, die vorzugsweise aus Kunststoff bestehen. In Verbindung mit den als Massenware erhältlichen Laufringen von Nadellagern als Hubring 24 bilden diese Bauteile eine besonders preisgünstige Verstelleinrichtung 28, zu deren Montage keine Spezialwerkzeuge erforderlich sind.

Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen am beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Diesbezüglich anzumerken ist, daß die Lagerung des Hubrings 24 entgegen der beschriebenen Ausführungsform mit Lagerbohrungen 42 und separat einschraubbaren Zapfen 44 auch mit Zapfen erfolgen kann, die einstückig am Käfig 38 angeformt sein können. Ebenso wäre es möglich, das Zahnsegment 32 einstückig am Käfig 38 auszubilden.

Claims (10)

1. Verstellbare Radialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) mit einem Triebwerk aus einem Rotor (12) mit radial angeordneten Zylindern (14) und darin beweglich geführten Arbeitskolben (16), der drehbar auf einem ortsfesten Steuerzapfen (20) gelagert ist und mit einem zum Rotor (12) konzentrischen, den Rotor (12) umschließenden Hubring (24), an dessen Innenseite sich die Arbeitskolben (16) abstützen, wobei der Hubring (24) zur Verstellung der Radialkolbenmaschine um eine seiner Mittelachsen S schwenkbar gelagert ist und mit einer Verstelleinrichtung (28) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (28) zur schwenkbaren Lagerung des Hubrings (24) einen an dessen Außenumfang festlegbaren und im Gehäuse der Radialkolbenmaschine schwenkbar gelagerten Käfig (38) und ein ortsfest am Hubring (24) und/oder am Käfig (38) fixiertes Betätigungselement (32) umfaßt, das formschlüssig mit einem gehäuseseitigen Antriebskörper (30) zusammenwirkt.

2. Verstellbare Radialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (38) ein geschlossenes, den Außenumfang des Hubrings (24) umfassendes Bauteil mit an wenigstens zwei gegenüberliegenden Stellen angeformten und in Axialrichtung seitlich abstehenden Haltevorrichtungen (40) für den Hubring (24) ist.

3. Verstellbare Radialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtungen (40) sich zu beiden Seiten des Käfigs (38) erstrecken und an ihren Enden Rastnasen ausbilden, die die Stirnflächen des Hubrings (24) wenigstens abschnittsweise umgreifen.

4. Verstellbare Radialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (38) Vorrichtungen (42) zur schwenkbaren Lagerung des Hubrings (24) aufweist.

5. Verstellbare Radialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubring (24) ein Laufring eines Nadellagers ist.

6. Verstellbare Radialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (32) für den Hubring (24) ein Zahnsegment mit einer schräg oder quer zur Axialrichtung des Hubrings (24) verlaufenden Außenverzahnung ist.

7. Verstellbare Radialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (32) am Hubring (24) eingeclipst ist und zur Ausbildung eines Formschlusses mit dem Käfig (38) eine Aussparung (36) aufweist, die in eine zugeordnete Ausnehmung (37) am Käfig (38) eingreift.

8. Verstellbare Radialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (32) am Käfig (38) angeformt ist.

9. Verstellbare Radialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskörper (30) ein von außen betätigbares walzenförmiges, außenverzahntes Ritzel ist.

10. Verstellbare Radialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskörper (30), der Käfig (38) und das Betätigungselement (32) Bauelemente sind, die spritzgußtechnisch aus Kunststoff gefertigt sind.