DE2239757A1

DE2239757A1 - Radialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2239757A1
Application number: DE2239757A
Authority: DE
Inventors: Paul Bosch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1972-08-12
Filing date: 1972-08-12
Publication date: 1974-02-21
Also published as: IT1001522B; FR2329158A5; JPS4952308A; US3810418A; GB1382928A

Description

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Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmustern!Ifsanmeldung

ROB ER T BOSC H GMBH, STUTTGART

Radialkolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine - Pumpe oder Motor ~ mit einem rotierenden-Zylinderkörper, in dessen im wesentlichen radial angeordneten' Bohrungen Kolben geführt sind, welche sich mit ihren äußeren Enden an einer Hubkurve abstützen, und bei der der Zylinderkörper auf einem feststehenden Steuerzapfen gelagert ist, der zwei einander etwa diametral gegenüberliegende, mit der Hoch- bzw. der Niederdruckseite verbun- dene Steueröffnungen und in axialer Richtung zu diesen versetzte hydrostatische Druckfelder enthält«

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Eine derartige Maschine ist in der DT-OS 1 453 628 beschrieben. Diese Maschine hat einen frei rotierenden Zylinderkörper, in dessen radial verlaufenden Bohrungen Kolben geführt sind, die periodisch in den Zylindern hin und her bewegt werden. Dazu stützen sich die Kolben über Rollen, welche auf der konkav ausgebildeten Außenfläche der Kolbenboden anliegen, in einem drehbar angeordneten Hubring ab. Der Hubring, der exzentrisch zu einem feststehenden Steuerzapfen, auf welchem der Zylinderkörper gelagert ist, angeordnet ist, ist mit einer Welle verbunden, welche je nach Verwendung der Maschine als Pumpe oder Motor als An- oder Abtrieb der Maschine dient. Zum Ausgleich der durch den Druckunterschied zwischen Hoch- und Niederdruckseite hervorgerufenen unterschiedlichen Lagerbelastungen am Steuerzapfen ist auf beiden Seiten der der Kiederdruckseite zugeordneten Steueröffnung im Steuerzapfen je ein sich über etwa einen Winkel von 160 sich erstreckendes Druckfeld angeordnet. Biese Druckfelder sind über Bohrungen mit der der Hochdruckseite zugeordneten Steueröffnung über je ein in Richtung zur Hochdruckseite schließendes Rückschlagventil verbunden. Die in den Druckfeldern wirkenden Kräfte sollen so groß sein, daß die Wirkung des auf der Hochdruckseite wirkenden Drucks auf das Lager mehr oder weniger aufgehoben wird. Dadurch, daß diese Druckfelder direkt mit der Hochdruckseite verbunden sind und ständig Druckmittel von der Hochdruckseite nachfließen kann, neigt diese Maschine - welcher Nachteil sich besonders bei einem verhältnismäßig großen Lagerspiel zwischen Zylinderkörper und Steuerzapfen bemerkbar macht - zu großen Leckverlusten. Relativ großes Lagerspiel ist nötig, weil bei bestimmten Betriebszuständen der Steuerzapfen auf höhere Temperatur kommt als der Zylinderkörper, wobei das Durchmesserspiel verkleinert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakt bauende Radialkolbenmaschine der erwähnten, einfachen Bauart, zu schaffen, bei

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der sich ohne Erhöhung der Leckverluste der Zylinderkörper auf der Druckseite eng an den Steuerzapfen anschmiegt.

Dies wird gemäß die Erfindung dadurch erreicht, daß auf jeder Seite der Steueröffnungen je zwei Druckfelder angeordnet sind, von denen jeweils zwei verschiedenen Steueröffnungen zugeordnete, diametral gegenüberliegende Druckfelder miteinander verbunden sind und daß der Zu- und Abfluß des Druckmittels zu den Druckfeldern über die zwischen Zylinderkörper und Steuerzapfen gebildeten Spalte erfolgt.

Das hat den Vorteil, daß bei einer Radialkolbenmaschine der Zylinderkörper unter Ausnutzung des ohnehin auftretenden Leckstroms sich auf der Druckseite und etwa in der radialen Symmetrieebene des Steuerschlitzes an den Steuerzapfen anlegt. Eine Erhöhung des Leckstromes tritt dadurch nicht auf.

Besonders vorteilhaft ist, w.enn die Druckfelder, welche" der'mit der Niederdruckseite verbundenen Steueröffnung zugeordnet sind, eine größere axiale Breite haben, als die der mit der Hochdruckseite verbundenen Steueröffnung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung. .

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Diese zeigt in '

Fig. 1 ' eine Radialkolbenmaschine im Längsschnitt, Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch den Steuerzapfen und den Zylinderkörper-Fig. 3 die abgewickelte Steuerfläche des Steuerzapfens,

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Fig. 4 einen Querschnitt gemäß Fig. 2 mit eingezeichneten

Kräften,
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Steuerzapfens.

Die in der Zeichnung dargestellte Radialkolbenmaschine - sie kann als Pumpe oder als Motor verwendet werden - besitzt ein Gehäuse 1, das von einem Gehäusedeckel 2 verschlossen ist. Im Gehäusedeckel 2 ist in einer Bohrung ein Steuerzapfen 3 fest angeordnet. Im Steuerzapfen 3 ißt eine Druckmittelzuleitung und eine Druckmittelableitung 5 angeordnet. Jede der beiden Druckmittelleitungen 5> 6 mündet in eine am Außenumfang des Steuerzapfens 3 angeordnete Steueröffnung 6, 7· Beim Betrieb der Maschine als Pumpe - im Folgenden \·}±τά nur auf eine entsprechend ausgebildete Radialkolbenpumpe eingegangen - ist die Steueröffnung 6 mit der Niederdruckseite, die Steueröffnung 7 mit der Hochdruckseite verbunden. Jede der Steueröffnungen 6, 7 erstreckt sich über fast einen halben Umfang des Steuerzapfens 3» wobei sich zwischen den beiden Steueröffnungen ein Trennsteg 8, 9 befindet. Die Breite der Trennstege ist dabei so bemessen, daß in keinem Betriebszustand der Pumpe eine direkte Verbindung zwischen der der Niederdruckseite und der der Hochdruckseite zugeordneten Steueröffnungen besteht.

Auf jeder Seite jeder Steueröffnung 6, 7 sind in axialer Richtung versetzt je zwei Druckfelder 10 bis 17 angeordnet. Die Druckfelder, die einen rechteckigen Grundriß haben (abgewikkelt in Fig. 3), sind in axialer Richtung derart an die Steueröffnungen herangedrückt, daß zwischen den Steueröffnungen und den Druckfeldern über den gesamten Umfang eine Dichtleiste 18, verbleibt. Die Druckfelder 10, 11, 12, 13» welche beidseits der mit der Niederdruckseite verbundenen Steueröffnung 6 angeordnet sind, haben eine größere axiale Breite als die beidseits der mit der Hochdruckseite verbundenen Steueröffnung 7 angeordneten Druckfelder 14, 15, 16, 17· Die gewissermaßen in zwei axial

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versetzten Ringen angeordneten Druckfelder sind in flachen nutartigen. Ausnehmungen des, Steuerzapfens 3· gebildet. Jeweils zwei, verschiedenen Steueröffnungen zugeordnete, diametral gegenüberliegende Druckfelder sind miteinander über den Steuerzapfen durchstoßende Bohrungen 20 bis 23 verbunden. Es sind ' also mit anderen Worten folgende Druckfelder miteinander verbunden: Druckfeld 10 mit Druckfeld 14, Druckfeld 12 mit Druckfeld 16, Druckfeld 11 mit Druckfeld 15 und Druckfeld 13' mit Druckfeld 17· Besondere Druckmittelab- und -Zuleitungen zu den Druckfeldern sind nicht vorgesehen. Der Zu- und Abfluß des Druckmittels zu den Druckfeldern 10 bis 17 erfolgt über die zwischen dem Steuerzapfen 3 und dem darauf angeordneten Zylinderkörper 24 gebildeten Spalte.

Auf dem Steuerzapfen 3 ist drehbar ein Zylinderkörper 24- angeordnet, der in einem im Gehäuse 1 angeordneten Gleitlager 25 sich abstützt. Eine mit dem Zylinderkörper 24 verbundene Welle 26 dient zum Antrieb der Eadia!kolbenpumpe. Im Zylinderkörper 24- befinden sich mehrere sternförmig angeordnete Bohrungen (dargestellt ist nur eine Bohrung), in denen Kolben 28 dicht und gleitend geführt sind. Die Arbeitsräume in den Zylindern stehen über Durchgänge 29 je nach der Stellung des Zylinderkörpers 24 mit der Steueröffnung 7 oder Steueröffnung 6 in Verbindung.

Jeder Kolben 28 stützt sich über ein Kugelgelenk an einem Gleitschuh 30 ab, der sich mit seiner kreisförmig gebogenen Sohle gleitend an der zylindrischen. Innenwand eines Hubrings 31 abstützt. -

Der Arbeitsvorgang der Radialkolbenmaschine wird sowohl bei Funktion als Pumpe als auch bei !Punktion als Motor als bekannt vorausgesetzt, so daß hier auf eine Beschreibung verzichtet werden kann.

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Die Funktion der Druckfelder 10 bis 17 soll an der Fig. 4 erklärt werden, in der zur besseren Verdeutlichung der Vorgänge der zwischen dem Steuerzapfen 3 und dem Zylinderkörper 24 gebildete Spalt in übertriebener Größe dargestellt ist. Die in der Zeichnung nicht sichtbaren, in axialer Richtung hinter den dargestellten Druckfeldern 10, 11, 14, 15 liegenden Druckfelder 12, 13» 16, 17 entsprechen in ihrer Funktion vollkommen den beschriebenen Druckfeldern. Im Folgenden soll angenommen werden, daß sich der Zylinderkörper 24 in Richtung des eingezeichneten Pfeiles 32 dreht. Wie bereits erwähnt, erfolgt der Zu- und Abfluß des Druckmittels zu den Druckfeldern über den engen Spalt zwischen dem Zylinderkörper 24 und dem Steuerzapfen 3· Da der Spalt - wie noch zu erläutern sein wird - sich nicht am ganzen Umfang in gleicher Höhe ausbildet, ergeben sich verschiedene Drosselwiderstände für das durchströmende Druckmittel. Die den Druckfeldern und über deren Umrandung wirkende Drücke sind abhängig von den Ein- und Ausgangsdrosselwiderständen, also den Spalthöhen vor bzw. hinter den Druckfeldern. Auf den sich drehenden Zylinderkörper 24 wirkt einerseits die von der mit der Hochdruckseite verbundenen Steueröffnung 7 herrührende Druckkraft F_ (sie wirkt abdrückend) und

andererseits die Kraft F . Die Kraft F ist die Resultierende der von den Kolben 28, welche mit der Hochdruckseite verbunden sind, auf die Zylinderbohrungen 27 wirkende Normalkräfte. Ihre Größe ist vom Förderdruck und vom eingestellten Kolbenhub abhängig. Die Kraft F„ ist bestrebt, den Zylinderkörper gegen den Steuerzapfen 3·- in-Fig. 4 nach unten - zu drücken.

Könnten sich diese Kräfte F , F ungehindert auswirken, so

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würden sich über der mit der Hochdruckseite verbundenen Steueröffnung 7 eine große Spalthöhe ergeben, wenn wie üblich, die Durchschnittskraft F andrückend wirkt und sehr klein gehalten wird. Die Folge davon wären große Leckverluste der Pumpe.

Nimmt der Zylinderkörper 24 etwa die in Fig. 4 dargestellte Lage ein, dann ist der Druck im Feld 15 und über die Bohrung 21 im Feld 11 größer als in den Feldern -14 und 10, welche über die

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Bohrung 20 miteinander verbunden sind« Dies rührt daher, daß der Zufluß zu dem Feld 14 durch die dort vorhandene geringe Spalthöhe zwischen Steuerzapfen 3 und Zylinderkörper 24 viel stärker gedrosselt ist als der Zufluß zum Feld 15; außerdem ist der Abflußwiderstand hinter dem Feld 10 kleiner als der Abflußwiderstand hinter dem Feld 11, weil der Spalt zwischen Steuerzapfen 3 -und Zylinderkörper 24 über dem Feld 10' höher ist als über dem Feld 11« Die sich dabei über'den Druckfeldern 10 bis 17 ausbildenden Druckkräfte ergeben die in Fig. dargestellte resultierende Druckkraft F^. Diese drückt den Zylinderkörper an die Druckseite "des Steuerzapfens, da die beaufschlagten Felder 10 bis 13 größer sind als die der Druckfelder 14 bis 17· Zusammen mit der vektoriellen Summe der bereits erwähnten Kräfte F^ und F verbleibt eine resultierende Kraft E, welche den Zylinderkörper 24 in der gewünschten Richtung - d. h. in Fig. 4 nach oben - zu 'drücken sucht. Als Folge der Verschiebung wird der Druck in den Druckfeldern 14 und ansteigen und der Druck in den Feldern 15 und 11 abfallen. ■ Dieser Torgang wird sich so lange fortsetzen,, bis sich die Kräfte F . F und F, aufheben, d. iu mit anderen Worten bis die Kraft R lull geworden ist. Venn dieser Fall eingetreten ist, befindet sich der Steuerzapfen 3 zumindest nahezu zentrisch innerhalb der Aufnahmebohrung des Zylinderkörpers 24.

Durch Veränderung der axialen Breite der Steueröffnungen 6, kann die Größe der Kraft F und mit den Abmessungen der Druckfeider 10 bis 17 und ihrer Umrandung kann die Größe und die Winkellage der daraus resultierenden Kraft P-, für bestimmte Relativlagen des Zylinderkörpers und des Steuerzapfens gewählt wenden. Ein solches abgeändertes Ausführungsbeispiel eines Steuerzapfens ist in Fig. 5 dargestellt. Hier sind, um die Überschußkräfte der Druckfelder 10' bzw. 11' groß zu halten, die Eingangswiderstände vor den Druckfeldern 14 und 15

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durch Wahl schmälerer Dichtleisten gering gehalten.

Verdreht man die Anordnung der Druckfelder am Steuerzapfen um einen bestimmten Winkel bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen entgegen dem Uhrzeiger, so lassen sich für bestimmte
Exzentrizitätsbereiche der Pumpe günstigere Lagen des Steuerzapfens 3 erreichen als bei der symmetrischen Anordnung gemäß Fig. 4-.

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Claims

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Ansprüche
Ί. )Eadialkol"benmaschine - Pumpe oder Motor - mit einem rotiexen-

den Zylinderkörper, in dessen im wesentlichen radial angeordneten Bohrungen Kolben geführt sind, welche·, sich mit ihren äußeren Enden an einer Hubkurve abstützen und bei der der Zylinderkörper auf einem feststehenden Steuerzapfen gelagert ist, der zwei einander gegenüberliegende, mit der Hoch- bzw. der Uiederdruckseite verbundene Steueröffnungen und in axialer Richtung zu diesen versetzte hydrostatische Druckfelder enthält, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite der . Steueröffnungen (6, 7) {je zwei Druckfelder (1Oy. 11; 12, 13; 14, 15; 16, 17) angeordnet sind, von denen jeweils zwei verschiedenen Steueröffnungen (6, 7) zugeordnete, diametral gegenüberliegende Druckfelder (10, 14; 11, 15; 12, 16; 13? 17) miteinander verbunden sind und daß der Zu- und Abfluß des Druckmittels zu den Druckfeldern (10 bis 17) über die zwischen Zylinderkörper (24) und Steuerzapfen (3) gebildete Spalte erfolgt. .
2. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfelder (10 bis 13)? welche beidseits der mit der Niederdruckseite verbundenen Steueröffnung·(6) angeordnet sind, eine größere axiale Breite haben als die

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Druckfelder (14 bis 17) beidseits der mit der HochdruckBeite verbundenen Steueröffnung (7)·
3. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstreckung aller Druckfelder in Umfangsrichtung des Steuerzapfens (3) gleich groß ist·
4. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangserstreckung eines Druckfeldes (10 bis 17) etwa der halben Umfangsexstreckung einer Steueröffnung (6, 7) entspricht.
5. Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfelder(14 bis 17λ welche der mit der Hochdruckseite verbundenen Steueröffnung (7) zugeordnet sind, durch schmälere Dichtleisten von dieser getrennt sind, als die Druckfelder (10 bis 13)» welche der mit der Niederdruckseite verbundenen Steueröffnung (6) zugeordnet sind.
6. Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfelder (10 bis 17* 10' bis 17') in Umfangsrichtung des Steuerzapfens (3, 3') gesehen, symmetrisch zu den Steueröffnungen (6, 7) angeordnet sind.

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7· Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche Λ bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfelder in Uinfangsrichtung gesehen zu den Steueröffnungen (6, 7) winkelversetzt angeordnet sind.

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