DE2251792A1

DE2251792A1 - RADIAL PISTON ENGINE

Info

Publication number: DE2251792A1
Application number: DE2251792A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Ing Knoblauch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1972-10-21
Filing date: 1972-10-21
Publication date: 1974-04-25
Also published as: FR2204213A5; IT998754B; US3874274A; JPS4973548A; GB1407179A

Description

E.I ι 70E.I ι 70

Anlage zurAttachment to

Patent- undPatent and

GebrauchsmusterhilfsanmeldungUtility model registration

ROBERT BOSCH GMBH, STUTTGART

RadialkolbenmotorRadial piston engine

Die Erfindung betrifft einen Radialkolbenmotor mit einem feststehenden St euer zapf en, auf dem ein Zylinderkörper rotiert,- in welchem Kolben aufnehmende Zylinderbohrungen ausgebildet sind, deren Mündungen mit durch Stege getrennten Steueröffnungen zusammenwirken, wenn sie sich jeweils um den gleichen Winkel vom inneren oder äußeren Totpunkt der Eolbenbewegung entfernt haben und bei'dem die Kolben sich mit Gleitschuhen auf einem Hubring abstützen. The invention relates to a radial piston motor with a stationary St your journal on which a cylinder body rotates - in which piston-receiving cylinder bores are formed, whose mouths interact with control openings separated by webs, if they have moved away from the inner or outer dead center of the Eolben movement by the same angle and in which the pistons are supported on a cam ring with sliding shoes.

Ein schwieriges Problem besteht bei Radialkolbenmotoren dar5.n, ein günstiges Anlaufverhalten zu erzielen^ d. h. einen ruck- und verzögerungsfreien Anlauf zu erreichen. Diesem wirkt die Haftreibung der im Betrieb bewegten Teile, vor allem aber derA difficult problem arises with radial piston engines. to achieve a favorable start-up behavior ^ d. H. to achieve a jerk-free and delay-free start. This works the Static friction of the moving parts during operation, but above all the

409817/0223409817/0223

Gleitschuhe entgegen, die die Kräfte aufnehmen, welche von dem auf die Kolben wirkenden Druck hervorgerufen werden.Opposite sliding shoes that absorb the forces that are caused by the pressure acting on the pistons.

Eine Methode zur Verbesserung des Anlaufverhaltens war bisher, die Gleitschuhe möglichst weitgehend hydrostatisch zu entlasten. Diese Methode hat jedoch auch Nachteile. Bei zu weitgehender Entlastung verschlechtert sich die Kihrung der Gleitschuhe auf dem Hubring, was erhöhte Geräuschentwicklung oder erhöhten Aufwand zum Vermeiden dieses Nachteils zur Folge hat. Außerdem sind dadurch nur die Auswirkungen der das nachteilige Verhalten hervorrufenden Kräfte gemildert, nicht aber diese selbst beseitigt.One method to improve the start-up behavior has so far been to relieve the sliding blocks hydrostatically as much as possible. However, this method also has disadvantages. If it goes too far Relief of the load worsens the maintenance of the sliding shoes on the cam ring, which results in increased noise development or increased effort to avoid this disadvantage. In addition, this only mitigates the effects of the forces causing the adverse behavior, but not these eliminated itself.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Radialkolbenmotor zu schaffen, bei dem die den Anlauf verschlechternden, auf den Gleitschuh wirkenden Kolbenkräfte mindestens weitgehend elimiertThe object of the invention is to create a radial piston motor, in which the piston forces acting on the sliding block, which worsen the start-up, are at least largely eliminated

Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß der Winkel von einem Totpunkt bis zur Verbindung einer Zylinderbohrung mit einer Steueröffnung in Abhängigkeit vom Reibbeiwert Ai der Gleitpaarung GIeitschuhsohle Hubring gewählt ist.This is done according to the invention in that the angle from a dead center to the connection of a cylinder bore with a control opening is selected as a function of the coefficient of friction Ai of the sliding pairing sliding shoe sole cam ring.

Das hat den Vorteil, daß der Aufbau der den Anlauf des Motors hemmenden Kräfte in dem Winkelbereich verhindert wird, in dem diese die Nutzkräfte überwiegen, da die Zylinderbohrungen in diesem Bereich drucklos bleiben.This has the advantage that the build-up of the forces inhibiting the start-up of the motor in the angular range is prevented in which these outweigh the useful forces, as the cylinder bores remain pressureless in this area.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der anschließenden Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen.Further advantages of the invention emerge from the following Description, the drawing and the subclaims.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt inEmbodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing. This shows in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Radialkolbenmotor wechselnder Drehrichtung,1 shows a longitudinal section through a radial piston motor with an alternating direction of rotation,

409817/0223 " ³ "409817/0223 " ³ "

- 3 - 117 0- 3 - 117 0

Fig. 2 einen Querschnitt des Steuerzapfens des Radialkolbenmotors nach der Fig. 1 längs H-II,2 shows a cross section of the control pin of the radial piston motor according to Fig. 1 along H-II,

Fig. 3 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Radialkolbenmaschine,3 shows a simplified schematic representation of a Radial piston machine,

Fig. 4 einen Gleitschuh mit den an diesem wirkenden Kräften, 4 shows a sliding shoe with the forces acting on it,

Fig. 5 ein Diagramm der Anlaufkraft eines Eadialkolbenmotors, 5 shows a diagram of the starting force of a radial piston motor,

Fig. 6 einen Querschnitt des Steuerzapfens eines Radialkolbenmotors mit gleichbleibender Drehrichtung. 6 shows a cross section of the control pin of a radial piston motor with a constant direction of rotation.

Der Radialkolbenmotor nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besitzt ein Gehäuse 1, das von einem Gehäusedeckel 2 verschlossen ist. Im Gehäusedeckel 2 ist in einer Bohrung 3 ein Steuerzapfen 4 fest angeordnet, auf dem ein Zylinderkörper 5 rotiert. Dieser ist zusätzlich im Gehäuse in einem Gleitlager 6 gelagert. Im Zylinderkörper 5 sind radial verlaufende Zylinderbohrungen 7 ausgebildet, in denen Kolben 8 angeordnet sind, welche sich mit Gleitschuhen 9 auf einem Hubring 10 abstützen. An diesem ist eine Stellmutter 11 befestigt, in die eine Stellspindel 12 eingreift, welche in einer Gehäusekonsole 13 gelagert ist und mit einem Handrad 14 betätigt wird. Mit Hilfe des Handrads 14 läßt sich der .Hubring 10 verschieben, wodurch sich der .Kolbenhub ändert. Eine Druckfeder 15 übt eine Rückstellkraft auf den Hubring 10 aus. - · The radial piston motor according to the exemplary embodiment in FIG. 1 has a housing 1 which is closed by a housing cover 2 is. A control pin is located in a bore 3 in the housing cover 2 4 fixedly arranged on which a cylinder body 5 rotates. This is additionally mounted in a plain bearing 6 in the housing. In the cylinder body 5 there are radially extending cylinder bores 7 formed, in which pistons 8 are arranged, which are supported by sliding shoes 9 on a cam ring 10. At this one is an adjusting nut 11 is attached, in which an adjusting spindle 12 engages, which is mounted in a housing bracket 13 and with a handwheel 14 is operated. With the help of the handwheel 14 can the .Hubring 10 shift, whereby the .Piston stroke changes. A compression spring 15 exerts a restoring force on the cam ring 10. - ·

Die Zylinderbohrungen 7 gehen in Mündungen 16 über, die mit am Steuerzapfen 4 ausgebildeten, sich in Umfangsrichtung erstrekkenden, schlitzartigen Steueröffnungen 17, 18 zusammenwirken, zu deren beiden Seiten Nuten 19 "bis 22 angeordnet sind. In jede der Steueröffnungen 17» 18 mündet eine Bohrung 23, 24 für den Zu- oder Abfluß des Druckmittels. Weitere Einzelheiten des Steuerzapfens 4 zeigt die Fig. 2. Die beiden Steueröffnungen 17, 18 sind durch Stege 25, 26 getrennt. Auf dem Steg 25 ist eine Längsnut 27 ausgebildet, die in eine Längsbohrung 28 mündet, mit der der Zylinderkörper auf dem Steuerzapfen 4 ge- · ' "The cylinder bores 7 merge into mouths 16 that are connected to the Control pin 4 trained, extending in the circumferential direction, Slot-like control openings 17, 18 cooperate, on both sides of which grooves 19 ″ to 22 are arranged the control openings 17 »18 opens a bore 23, 24 for the inflow or outflow of the pressure medium. Further details of the control pin 4 are shown in FIG. 2. The two control openings 17, 18 are separated by webs 25, 26. On the jetty 25 a longitudinal groove 27 is formed, which opens into a longitudinal bore 28, with which the cylinder body on the control pin 4 is · '"

409817/0223 - 4 -409817/0223 - 4 -

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

_ 4 - 117 0_ 4 - 117 0

führt ist. Eine Querbohrung 29 verbindet die Längsbohrung 28 mit dem Gehäuseinneren. Die Längsnut 27 wird von den Mündungen der Zylinderbohrungen 7 überstrichen, solange diese nicht die Steueröffnungen 17, 18 überdecken. Auf dem Steg 26 ist eine Bohrung· 30 ausgebildet, die durch eine Längsbohrung 31 mit der Bohrung 28 verbunden ist und die die gleiche Punktion ausübt wie die Längsnut 27·leads is. A transverse bore 29 connects the longitudinal bore 28 with the interior of the housing. The longitudinal groove 27 is from the mouths of the cylinder bores 7 as long as they do not cover the control openings 17, 18. On the web 26 is one Bore 30 formed through a longitudinal bore 31 with the bore 28 and which exerts the same puncture as the longitudinal groove 27

Vom Steg 25 gehen Vorsteuernuten 32, 33 aus, von denen je eine in eine Steueröffnung 17, 18 mündet; ebenso gehen vom Steg 26 zwei Vorsteuernuten^TIs, von denen je eine in den Steueröffnungen 17, 18 endet. Die Breite der Stege 25, 26 in Umfangsrichtung ist so bemessen, daß die Mündung 16 einer Zylinderbohrung 7 - ausgehend von einer Linie A-A, auf der die Totpunkte der Kolbenbewegung liegen - in beiden Drehrichtungen jeweils bei einem Winkel « sich über eine Vorsteuernut schiebt und damit die Zylinderbohrung 7 eine Verbindung zu einer Steueröffnung erhält. Dieser Winkel <* ist vom Reibbeiwert Ai der Gleitpaarung Hubring Gleitschuhsohle abhängig. Den Zusammenhang zeigen die Fig. 3 bis 5·Pilot grooves 32, 33 extend from the web 25, one of which each opens into a control opening 17, 18; likewise go from the web 26 two pilot grooves ^ TIs, one of which each ends in the control openings 17, 18. The width of the webs 25, 26 in the circumferential direction is such that the mouth 16 of a cylinder bore 7 - starting from a line AA on which the dead centers of the piston movement lie - in both directions of rotation at an angle "pushes over a pilot groove and thus the cylinder bore 7 receives a connection to a control port. This angle <* is dependent on the coefficient of friction Ai of the sliding pairing of the stroke ring sliding shoe sole. FIGS. 3 to 5 show the relationship.

In der sehr vereinfachten schematischen Darstellung eines'Radialkolbenmotors nach der Fig. 3 ist mit 36 die Gleitfläche des Hubrings und mit 37 die Bahn des Ko Ib enanl enkpunkt es TL, eines Gleitschuhs mit dem Radius R bezeichnet. Die Hubringachse.. M™ ist gegenüber der Steuerzapfenachse Ho um den Betrag e verschoben. Zwei vom Kolbenanlenkpunkt VL ausgehende, durch die Steuerzapfenachse M^ und die Hubringachse PU gehende Strahlen schließen den Winkel y ein, der mit dem Drehwinkel f in folgendem Zusammenhang steht:In the very simplified schematic representation of a radial piston motor according to FIG. 3, the sliding surface of the cam ring is denoted by 36 and the path of the connecting point TL, a sliding shoe with the radius R, is denoted by 37. The lifting ring axis .. M ™ is shifted by the amount e in relation to the control pin axis Ho. Two rays emanating from the piston articulation point VL and passing through the control pin axis M ^ and the stroke ring axis PU enclose the angle y, which is related to the rotation angle f as follows:

sin V - ^ sin Ϋ sin V - ^ sin Ϋ

= arc sin(w sinf) Für den Anlauf wird der Radialkolbenmotor auf den Größtwert = arc sin (w sinf) The radial piston motor is set to its maximum value for start-up

409817/0223409817/0223

- 5 - 1 I 7 O- 5 - 1 I 7 O

2 2 b 17 92 2 b 17 9

von e eingestellt, so daß e für die folgenden Ausführungen als konstant anzusehen ist.set by e, so that e for the following remarks is to be regarded as constant.

Die Fig. 4- zeigt schematisch die am Kolben angreifenden Kräfte. Dabei bedeutet:Fig. 4- shows schematically the forces acting on the piston. It means:

Fg Kolbenkraft, wobei Fg. = ρ · 0,785 d^Fg piston force, where Fg. = Ρ · 0.785 d ^

drr Kolbendurchmesser ü ρ Zylinderdruckdrr piston diameter ü ρ cylinder pressure

t F^ = t F ^ =

Gleitschubkraft F^ = Entlastungskraft F_E » £ · F_& Sliding thrust F ^ = unloading force F _E »£ · F _&

der vollständig hydrostatisch entlastete Flächenanteil der Gleitschuhsohlethe completely hydrostatically relieved area of the sliding shoe sole

RR. ReibungskraftFrictional force R = /a R = / a ΓΓ PP. IIII HangabtriebskraftDownhill force H = F_G H = F _G FF. AnlaufkraftStarting force TJl TT "D
Jj = Il — SX TJl TT "D
Jj = Il - SX 0,785 £ ' P £ 0.785 'P 0,785 d| ·0.785 d | ·

⁽¹ - ^£)J ⁽¹ - ^£) J.

ffan [arc sin(| sin φ )J cos [arc sin(%5 sin ip)J ■ *·ffan [arc sin (| sin φ) J cos [arc sin (% 5 sin ip) J ■ * ·

Hierbei sind die Größen e, R, p, d-g- vorgegeben und konstant, so daß der Reibbeiwert /li ein Parameter ist, der bei der Bestimmung der Anlaufkraft variiert werden kann.The quantities e, R, p, d-g- are given and constant, see above that the coefficient of friction / li is a parameter that is used in determining the starting force can be varied.

Das Diagramm der Fig. 5 zeigt den Verlauf der Anlaufkraft des Gleitschuhs eines Ausführungsbeispiels. Die Anlaufkraft F ist über dem Drehwinkel φ in dein der HocLdruckseite zugeordneten ■ Bereich, von 0° bis 1öO° aufgetragen. Von den gegebenen Größen waren ρ = 100 bar, £ = 0,50, e =-4,5 mm, d_K = 18 mm.The diagram in FIG. 5 shows the profile of the starting force of the sliding shoe of an exemplary embodiment. The starting force F is plotted against the angle of rotation φ in the range assigned to the high pressure side, from 0 ° to 10 °. Of the given sizes, ρ = 100 bar, £ = 0.50, e = -4.5 mm, d _K = 18 mm.

409-817/0223.409-817 / 0223.

ί 1 7 βί 1 7 β

2 2 b I 7 92 2 b I 7 9

Dem Diagramm ist zu entnehmen, daß "bei einem Reibbeiwert von /a = 0,03 die Anlaufkraft F eines Gleitschuhe im, Winkelbereich von 0 bis 6° und von 174-° bis 180° negativ wäre und damit den Anlauf des Hotors behindern würde. Hat die Haschine nun diesen Reibbeiwert, dann müßten die Stege so gestaltet v/erden, daß eine Zylinderbohrung erst in einem Abstand von c< = 6 von den Totpunkten Verbindung mit der Hochdrucksteueröffnung erhält, über die Nut 27 herrscht in der Zylinderbohrung in den oben genannten Winkelbereichen der Gehäusedruck, der normalerweise etwa dem Atmosphärendruck entspricht. Eine negative Anlaufkraft kann nicht entstehen, da ρ = O ist. Selbst wenn der Gehäusedruck über dem Atmosphärendruck liegt, ist er in der Regel klein gegenüber dem Arbeitsdruck, so daß die dann entstehenden Anlaufkräfte im genannten Winkelbereich vernachlässigbar sind. Entsprechendes gilt für die herrschenden Kräfte, wenn eine Zylinderbohrung mit der Niederdruckseite verbunden ist.The diagram shows that "with a coefficient of friction of / a = 0.03, the starting force F of a sliding shoe in the angular range from 0 to 6 ° and from 174 ° to 180 ° would be negative and thus hinder the start-up of the hotor. If the machine has this coefficient of friction, the webs would have to be designed in such a way that a cylinder bore is only connected to the high pressure control opening at a distance of c <= 6 from the dead centers; the above-mentioned groove 27 prevails in the cylinder bore Angular ranges of the case pressure, which normally corresponds approximately to atmospheric pressure. A negative starting force cannot arise because ρ = O. Even if the case pressure is above atmospheric pressure, it is usually small compared to the working pressure, so that the starting forces that then arise in The same applies to the prevailing forces when a cylinder bore is connected to the low-pressure side.

Die Anlaufkräfte sind für das angeführte Beispiel positiv im Bereich von 6° bis 174°, die Zylinde
Hochdruckseite in Verbindung stehen.For the example given, the starting forces are positive in the range from 6 ° to 174 °, the cylinder
Communicate high pressure side.

Bereich von 6° bis 174°, die Zylinderbohrung muß dann mit derRange from 6 ° to 174 °, the cylinder bore must then be aligned with the

Dem Diagramm läßt sich weiter entnehmen, daß z. B. bei einem Reibbeiwert von /a = 0,11 die Anlaufkraft nur im Bereich von 25° bis 155° positiv wäre. Der Winkel oc (Fig. 2) müßte dann 25 betragen, um negative Anlaufkräfte zu vermeiden.The diagram can further be seen that z. B. with a coefficient of friction of / a = 0.11 the starting force would only be positive in the range from 25 ° to 155 °. The angle oc (Fig. 2) would then have to be 25 in order to avoid negative starting forces.

Dieser Winkel oc muß wegen zahlreicher, rechnerisch nicht erfaßbarer Einflußgrößen experimell bestimmt werden.This angle oc must because of numerous, computationally undetectable Influencing variables can be determined experimentally.

In Abwandlung des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 zeigt die Fig. 6 einen Steuerzapfen für einen Radialkolbenmotor gleichbleibender Drehrichtung. Gleiche Teile tragen die gleichen Ziffern wie suvor.In a modification of the exemplary embodiment in FIG. 2, FIG. 6 shows a control pin for a radial piston motor with a constant direction of rotation. Same parts wear the same Digits as above.

Aus diesem Steuerzapfen 40 ist eine Hochdrucksteueröffnung 4-T und eine dieser diametral gegenüberliegende Niederdrucksteuer-For this control pin 40 is a high pressure control port 4-T and one of these diametrically opposite low-pressure control

_. 7 — '_. 7 - '

409817/0223409817/0223

_ 7 - 3 I 7 D_ 7 - 3 I 7 D

22S179222S1792

öffnung 42 ausgebildet, die durch ETuten 43, 44 in Umfangsrichtung verlängert ist. In jede dieser Steueröffnungen 41, 42 mündet eine Bohrung 23» 24 für den Zu- oder Abfluß des Druckmittels. Die "beiden St euer öffnungen 41, 42 sind durch Stege 45,46 voneinander getrennt. Eine vom Steg 45 ausgehende Vorsteuernut mündet in die zur Mederdrucksteueröffnung führende Nut 43, eine vom Steg 46 ausgehende Vorsteuernut 48 mündet in die Hochdrucksteueröffnung 41. Die wirksame Stegbreite ist so "bemessen, daß die Mündung 16 einer Zylinderbohrung 7 beim Wechsel von einer ' Steueröffnung zur anderen mindestens vollständig verschlossen wird. Die Stege 45, 46 sind so angeordnet, daß eine Zylinderbohrung, bezogen auf die Linie A-A, in der die Totpunkte der Kolbenbewegung liegen, bei einem Winkel ©c Verbindung zur Hochdrucksteueröffnung erhält und bei dem gleichen Winkel, »c die Verbindung zur Hochdrucksteueröffnung wieder unterbrochen wird. Die Zylinderbohrung ist also nur während eines Drehwinkels von 180 - 3x. mit der Hochdruckst euer öffnung verbunden. Der Winkele*- wird nach den gleichen Gesichtspunkten wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel bemessen.Opening 42 formed by E-grooves 43, 44 in the circumferential direction is extended. In each of these control openings 41, 42 opens a bore 23 »24 for the inflow or outflow of the pressure medium. The two control openings 41, 42 are separated from one another by webs 45, 46. A pilot control groove extending from web 45 opens into the groove 43 leading to the pressure control opening The pilot groove 48 emanating from the web 46 opens into the high-pressure control opening 41. The effective web width is "dimensioned so that the mouth 16 of a cylinder bore 7 when changing from a ' Control opening to the other is at least completely closed. The webs 45, 46 are arranged so that a cylinder bore, based on the line A-A, in which the dead centers of the piston movement lie, at an angle © c connection to the high-pressure control opening receives and at the same angle, »c the Connection to the high pressure control port is interrupted again. The cylinder bore is only there during an angle of rotation from 180 - 3x. connected to the high pressure valve. The angle * - is made according to the same point of view as with the dimensioned previous embodiment.

409817/0223409817/0223

Claims

_ 8 - I J 7 O

Expectations

M .I radial piston engine with a fixed control pin on which a cylinder body rotates, in which piston-receiving cylinder bores are formed, the mouths of which cooperate with control openings separated by webs when they have moved away from the inner or outer dead center of the piston movement by the same angle and in which the pistons are supported with sliding shoes on a cam ring, characterized in that the angle (<x) from a dead point to the connection of a cylinder bore (7) with a control opening (17, 18; 41, 42) as a function of the Keibbeiwert / a of the sliding pair of sliding shoe sole stroke ring is selected.

2. Radial piston motor according to claim 1, characterized in that the connection of a cylinder bore (7) with the high pressure control opening (17, 18; 41) approximately at an angle 0 * 0 - based on the connecting line (A-A) of the dead centers of the piston movement - is established or interrupted at to which the relationship applies:

£ 0.785 ρ

0.785 £ ρ _r pt,

= -. / tan arc sin (f sin *.) - / u (i- £) J £

cos [arc sin (f sin <*)] L ^LRJ ^/ J

= Sliding shoe starting force

409817/0223409817/0223

_ 9 - 117 0_ 9 - 117 0

άττ = piston diameter

ρ = pressure on the high pressure side
e = eccentricity of the Habring

E = radius of the movement circle of the plane pivot point at the GIeit shoe.

/ U = coefficient of friction of the sliding pair sliding shoe sole stroke ring £ = relieved part of the sliding shoe sole

3. Radial piston motor with constant direction of rotation according to claim 1 und.2, characterized in that only the angle (<= <·) From the inner or outer dead center to the connection a cylinder bore (7) with the high pressure control opening (41) depending on the coefficient of friction / u of the sliding pair of sliding shoe sole Lifting ring is sized.

4. Radial piston motor according to one of claims 1 to 3 _? characterized in that a cylinder bore (7) _} while it is located above a web (25, 26) and has no connection to a control opening, covers a channel (27 »29) which has connection to a space of low pressure.

5. Radial piston motor according to claim 4, characterized in that the channel is a hat (27) formed on the web (25), which has a connection (28, 29) to the interior of the housing.

6. Radial piston motor according to claim 4, characterized in that the channel is a bore (30), the connection (31, 28, 29) to the inside of the housing.

t -

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