DE2300569C2 - Radialkolbenmaschine mit Kolbenschuhen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine mit Kolbenschuhen, die mit je einer sphärischen Schwenkauflage für den Kolben versehen sind und die Kolbenschuhe einen Teil aufweisen, der über die gesamte Hubbewegung der Kolben zur Lagesicherung der Kolbenschuhe in Ausnehmungen des die Zylinder bildenden Bauteile eingreifen.

Eine Radialkolbenmaschine mit sphärischer Auflage der Kolbenschuhe auf den Kolben ist aus der GB-PS 5 74 991 bekannt. Die Kolbenschuhe greifen hier aber während der Hubbewegung nicht in Ausnehmungen des die Zylinder bildenden Bauteils ein. Die Sicherung der Kolbenschuhe zur Beibehaltung der richtigen Schwenkvorgänge auf den Kolben bei der Hubbewegung ist daher mangelhaft.

Auch die Kolbenschuhe der aus der DE-PS 8 37 206 bekannten Vorrichtung, greifen während der Hubbewegung nicht in Ausnehmungen des die Zylinder bildenden Bauteils ein und sind daher nicht gegen Lösung von der Schwenkauflage der Kolben gesichert.

Die aus der DE-AS 11 07 084 bekannte Vorrichtung verwendet an Hohlzylinderteilflächen gelagerte Rollen, die an einer Führungsbahn laufen. Diese Rollen müssen mit mehr als 180 Grad von den Kolbenkopf-Hohlzylinderwänden umgriffen sein, damit sie nicht vorn Kolben herunterfallen. Die Herstellung der Rollauflage und Umgreifung durch den Kolbenkopf ist daher schwierig und teuer. Außerdem haben Rollen nur eine Linienberührung, wenn sie an einer Führungsfläche abrollen, so daß die radiale Tragkraft nur gering sein kann und derartige Radialkolbenmaschinen, die Rollen verwenden, keine hohen Drücke im Fluid zulassen. Die Leistung derartiger Radialkolbenmaschinen ist daher gering. Außerdem ist es oft so, daß solche Rollen gar nicht rollen, sondern, ohne sich um ihre Achsen zu drehen, an der Führungsfläche schleifen und unrund werden. Alle Kolben mit Kolbenköpfen, die über den eigentlichen Dichtteil des Kolbens hinaus senkrecht zur Kolbenachse ausgedehnt sind, benötigen im radial äußeren Teil des Rotors Platz und führen zu Maschinen mit großen Durchmessern und hohen Gewichten.

Bei Kolben, die in Schwenklagerbetten eine Kolbenschuh-Schwenkwalze tragen, wie nach der DE-PS 14 53 433, trägt nur ein Teil der Querschnittsfläche des Kolbens die Schwenklagerung und das trifft auch für solche Radialkolbenmaschinen zu, die einen Kolbenschuhteil im Kolben sphärisch lagern. Soweit Kolbcnschuhteile innerhalb des Kolbens schwenkbar gelagert und gegen Herausfallen aus dem Kolben gesichert sind, entstehen relativ schwache Teiie im oder am Kolben, die ggf. brechen können.

In der Fachliteratur sind darüber hinaus generelle Maßnahmen für Kolbenmaschinen beschrieben.

Aus dieser Betrachtung der bekannten Technik sieht man, daß es noch keine gegen Verlagerung des Kolbens

ίο relativ zur Schwenkauflage ohne schwache Halterungen gesicherte Kolbenschuhe gibt, die zwecks Erzielung hoher Drücke und Leistungen mit über den ganzen Querschnitt des Kolbens erstreckter Schwenkauflage versehen sind und folglich die bekannte Technik erreichbar hohe Druckbelastbarkeit bei baulicher Einfachheit und großer Schwenkauflage noch nicht erreicht hat.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Maschine der eingangs genannten Art eine einfaehe und betriebssichere Schwenkauflage des Kolbenschuhes zu schaffen; insbesondere, eine einfache Radialkolbenmaschine mit freier Schwenkauflage des Kolbenschuhes auf den Kolben bei stabiler Sicherung des Kolbenschuh Schwenkvorgangs bei der ganzen Hubbewegung der Kolben und Kolbenschuhe zu verwirklichen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Merkmale des Patentanspruchs 2 erhalten die Kolbenschuhe eine weitere Lagesicherung, die eine axiale Verlagerung der Kolbenschuhe unmöglich macht. Durch die Patentansprüche 1 und 2 ist daher eine Lagesicherung für die Kolbenschuhe einer Radialkolbenmaschine geschaffen, bei der die Schwenkauflage der Kolbenschuhe auf den Kolben über die Querschnitte der Kolben erstreckt sein kann, um hohe Drücke und Leistungen zu erzielen, während Verlagerungen der Kolbenschuhe in peripherialer und axialer Richtung vermieden sind und die Lagesicherungen bei geringem Bauaufwand und einfacher Montage hohe Haltbarkeit erzielen, aber querschnittsschwache Halterungen nicht auftreten. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes von Fluid durchströmtes Aggregat, und zwar in diesem Falle eine Radialkolbenpumpe,

Fig. 2 einen Querschnitt durch Fig. 1 entlang der Schnittlinie M-Il,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aggregates, und zwar wiederum eines Radialkolbenmotors oder ciner Radialkolbenpumpe,

Fig. 4 einen Querschnitt durch Fig. 3 entlang der Schnittlinie IV-IV,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Schwenkaufluge, bei der der Kolbenschuh vom Kolben abgehoben ist, um die Flächen der Schwenkauflage deutlicher zu sehen, und

Fig.6 einen Längsschnitt durch die den Kolben und Kolbenschuhen benachbarten Teile eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Radialkolbenmaschine mit Merkmalen nach der Erfindung.

Ir, den Figuren ist der erfindungsgemäße Kolbenschuh mit Position 1 bezeichnet. Der Kolbenschuh 1 der F i g. 1 und 2 ist nach innen gerichtet, während der Kolbenschuh 1 der Fig. 3 und 4 nach außen gerichtet isl.

Der erfindungsgemäße Kolbenschuh 1 isl jeweils mit der Lagerf'läche 41 verschen, die die Form eines Teiles einer halben Hohlkugel hat und der Aufnahme des halbkugelförmigen Kolbenkopfes 49 des Kolbens 2 dient.

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Außerdem enthält der erfindungsgemäße Kolbenschuh rung des Kolbens 2 von der Kolbenschuhführung des

1 den Schwenkraum 27, der mit Abschrägungen schräg Kolbens 1 räumlich getrennt worden ist Das Aggregat

oder konisch ausgebildet ist, so daß der Kolbenkopf 49 ist daher erfindungsgemäß so weit verbessert worden,

des entsprechenden Kolbens 2 aus jeder Lage heraus in daß es hohe Drücke, Wirkungsgrade und Leistungen

die Lagerfläche 41 hereingleiten oder herauslaufen und 5 betriebssicher gewährleistet.

so die freie Schwenkauflage bilden kann. Außerdem ist Im Ausführungsbeispiel der Erfindung der F i g. 1 und

der erfindungsgemäße Kolbenschuh mit den äußeren 2 ist die Vorpumpe 17, 18 angeordnet, d<e durch die

Führungsflächen oder Außenflächen 21 versehen, mit Leitung 19 Fluid ansaugt und das angesaugte Fluid

denen er an der Innenfläche 22 der Kolbenschuhfüh- durch die Förderleitung 10 und das Einlaßventil 14 in

rung 22 gleitet, oder er ist mit den Kolbenschuhfüh- 10 den entsprechenden Zylinder 47 des von Fluid durch-

rungsflächen 5 versehen, mit denen er an der Führurtgs- strömten erfindungsgemäßen Aggregates leitet. Das

fläche 6 des Kolbenantriebs 11 der F i g. 1 und 2 gleitet vom Kolben 2 der Erfindung geförderte Druckfluid wird

I η die genannten Außenflächen 21 sind äußere Druck- dann durch das Druckventil 15 und die Abflußleitung 61 fluidtaschen 7 oder 48 eingearbeitet und die Kolben 2 aus dem Aggregat herausgefördert. Der Kolbenantrieb sind mit Druckfluidverbindungsleitungen 8 versehen, 15 erfolgt durch die Welle 12, auf der der Exzenter 11 während die Kolbenschuhe 1 ihrerseits auch mit ent- angeordnet ist, beispielsweise mittels des Keiles 13, so sprechenden Druckfluidverbindungsleitungen 8 ausge- daß der Exzenter 11 die Kolbenschuhe 1 zur Hubbewestattet sind. Es können zwischen Kolbenschu^uen 1 und gung antreibt und die Kolbenschuhe 1 die Hubbewe-Kolben 2 innere Druckfluidtaschen z. B. 148 ausgebildet gung auf die Kolben 2 übertragen, wodurch das Drucksein. 20 fluid von dem Ansaugventil 14 durch das Druckventil 15

Die Druckfluidtaschen bilden zusammen mit den sie aus der Druckfluidleitung 6i abgeleitet wird. Im Ausfüh-

umgebenden Dichtflächen in bekannter Weise hydro- rungsbeispiel der Fig. 3 und 4 wird der Rotor 40, der die

statische Lager. Der Körper 9 der Fig. 1 und 2, der entsprechenden Zylinder 47 enthält, durch die Welle 12

Rotor 40 der F i g. 3 und 4, sowie der Rotor 91 der F i g. 6 angetrieben. Durch die Leitung 33 wird Fluid durch den

bilden jeweils das die Zylinder 47,147 oder 247 bildende 25 Andrückkörper 36 geleitet und zwar durch das Fluid-

Bauteil der Radialkolbenmaschine. Steuerfenster 39 in die Zylinderausnehmung oder Ro-

Erfindungsgemäß ist der Kolbenschuh 1 mit minde- torsteuerausnehmung 26 des betreffenden Zylinders 47

stens peripherialen Erweiterungen und daran mit Ein- hinein. Aus dem betreffenden Zylinder 47 wird es durch

tauchteilen 46, die die dem Zylinder zugekehrten Enden eine entsprechende Rotorausnehmung 26 in das ent-

des Kolbenschuhes bilden, versehen, mit denen der KoI- 30 sprechende Steuerfenster 38 geleitet, und von dort aus

benschuh an den Wänden 45 der Ausnehmungen 4, 23 durch die Ableitung 34 aus der Pumpe heraus. Die Rich-

des die Zylinder bildenden Bauteile 9, 40 der Maschine tung des Druckfluidflusses kann auch in umgekehrter

gesichert oder geführt ist. Richtung erfolgen.

Diese Führung ist von Bedeutung, denn wenn der Während in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und

Kolbenschuh 1 nicht in den Ausnehmungen 23 gehalten 35 2 die Kolbenschuhführung 7 am Exzenter 11 geführt

ist, dann könnte er ja vom Kolbenkopf wegfallen und war, wird im Ausführungsbeispiel der F i g. 3 und 4 die

die Maschine wäre dann unbrauchbar. Eine wesentliche Außenfläche 21 des erfindungsgemäßen Kolbenschuhes

Maßnahme besteht auch darin, daß die Ausnehmungen 1 an der Innenfläche 22 des entsprechenden Kolben-

23 so groß ausgebildet sind und die Kolbenschuherwei- schuhführungsringes 28 geführt. Der Unterschied zwi-

tcrungen 46 so ausgebildet sind, daß, gleichgültig welche 40 sehen den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 ei-

Lage der Kolben auch haben mag, die Kolbenschuhe nerseits und den F i g. 3 und 4 andererseits besteht also

immer innerhalb der Ausnehmung 23 verbleiben und die darin, daß die Kolbenschuhe des Ausführungsbeispiels 1

genannten Eintauchteile 46 zu jeder Zeit an den Wan- und 2 radial innerhalb der Kolben geführt sind, während

den 3,45 der Ausnehmungen 23 geführt bleiben. Zwecks die Kolbenschuhe 1 des Ausführungsbeispieles der

Verlängerung der Kolbenführung können Kolbenfüh- 45 Fig.5 und 4 radial außerhalb des Kolbens geführt sind,

rungsverlängerungen 25 angeordnet sein und zwecks In den Fig.3 und 4 ist daher noch ersichtlich, wie der

Ermöglichung eines weiten Eintretens des Kolbenschu- Andrückkörper 36 durch Druckfluid in ihm benachbar-

hcs 1 oder dessen die dem Zylinder zugekehrten Enden ten Kammern gegen den Rotor 40 gedrückt wird und

bildenden Eintauchteils 46 in die Ausnehmungen 4, 23 der Rotor 40 seinerseits dann auf den Lagern 30 umläuft,

können entsprechende Vertiefungen 24 für die Verlän- 50 Dadurch ist eine völlige Betriebssicherheit der Maschi-

gerung der Kolbenhübe angeordnet sein. ne gegeben und diese Maschine nach Ausführungsbei-

Die Anordnung der Kolbenschuhe 1 in den Ausneh- spielen 3 und 4 kann bei hohen Drücken und hohen

mungen 23 und die Zuordnung der Schwenkauflaper 44 Leistungen sowohl als hydrostatische Pumpe als auch

mit den Schwenkräumen 27 ermöglichen einen großen als hydrostatischer Motor oder Getriebeteil, Kompres-

Kolbenhub in dem Aggregat und machen es unnütz, 55 sor, Verbrennungsmotor und dergleichen arbeiten,

eine spezielle Verbindung zwischen Kolbenschuh 1 und Auch in den F i g. 3 und 4 ist wieder wichtig, daß die

Kolben 2 herzustellen, die ein Herunterfallen des KoI- Ausnehmungen 23 und die Kolbenschuhe 1 so ausgebil-

benschuhes 1 vom Kolben 2 verhindern würde, denn det sind, daß Teile der Kolbenschuhe 1 immer innerhalb

diese bisherige Funktion, daß der Kolbenschuh 1 mit der Ausnehmungen 23 des Rotors 40 bleiben. Wenn in

dem Kolben 2 unlösbar verbunden war, ist durch die 60 der Maschine oder in dem Aggregat kein Druck ist,

Erfindung vermieden worden, indem der Kolbenschuh 1 dann können die Kolben und Kolbenschuhe auseinan-

in den Ausnehmungen 23 des Körpers 40 oder des Kör- derfallen. Aber sobald Druck in die entsprechenden Zy-

pcrs 9 zu jeder Zeit geführt bleibt. Hierin liegt der we- linder 4/ eintritt oder in ihnen erzeugt wird, werden die

sentliche Vorteil der Erfindung. Gleichzeitig ist wesent- Kolben 2 in radialer Richtung gegen den erfindungsge-

lich, daß höchste Drücke ermöglicht sind, daß ferner die 65 mäßen Kolbenschuh 1 gedruckt und sie 7entripren <,irh

Herstellung des Kolbens und des Kolbenschuhes außer- dann selbst, indem die Kolbenköpie 49 an den Abschrä-

ordcntlich einfach geworden ist und ferner, daß ein gro- gungen oder Konen 27 so lange entlanglaufen, bis der

ßer Kolbenhub erzielt werden kann, da die Kolbenfüh- entsorechende KolbenkoDf 49 in der entsnrechenden

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Lagerfläche 41 des Kolbenschuhes 1 sitzt und mit ihm eine dichtende Schwenkauflage 44 bildet.

Zwecks Ausnutzung des Vorteils der Erfindung der einfachen Herstellbarkeit der Teile wird die Ausnehmung 23 und Sicherung des Kolbenschnhes 1 im Körper 9, 40 weiter bemessen als der Koibenschuh 1. Da der Kolben und der Kolbenschuh nicht fest miteinander verbunden sind, sondern diese lose aufeinanderliegen, soweit kein Druck unter dem Kolben ist, ist eine enge Einpassung des Kolbenschuhes 1 in die Ausnehmung 23 nicht erforderlich und auch nicht zweckdienlich. Denn der Kolbenschuhe 1 soll sich ja durch den Druck unter dem Kolben 2 selbst auf diesem zentrieren.

Eine enge Einpassung ist schon deshalb nicht zweckdienlich, weil jede enge Passung ja Reibung erzeugt. Ziel und Zweck dieser Erfindung ist aber auch, diese Reibung einzusparen, was dadurch geschieht, daß der Kolbenschuh so schmal ausgebildet ist, daß, sobald er auf dem Kolben 2 zentriert wurde, ein ausreichender Zwischenraum zwischen ihm und der Wand 3, 45 der Ausnehmung 23 verbleibt. Dadurch ist jegliche Reibung zwischen Kolbenschuh-Sicherungs-Ausnehmung 23 und dem Kolbenschuh 1 vermieden, wodurch der Wirkungsgrad und damit die Leistung des erfindungsgemäßen Aggregates erhöht werden.

Daher sind die Ausnehmungen 23 zur Führung der Kolbenschuhe 1 eigentlich keine wirklichen Kolbenschuh-Führungen, sondern nur Kolbenschuh-Sicherungen. Sicherungen, die den Kolbenschuh gegen Herausfallen aus den ihnen zugeordneten Plätzen sichern, wobei sie den Kolbenschuhen 1 jedoch ausreichende Bewegungsmöglichkeiten von einigen Zehntel Millimetern oder auch von einigen Millimetern lassen. Der Zwischenraum zwischen dem Kolbenschuh 1 und den Wänden 45 der Ausnehmung 23 darf lediglich nicht so groß werden, daß sich der Kolbenschuh-Sitz 44 vom Kolbenkopf 49 nicht so weit entfernen kann, daß nach Beendigung des drucklosen Hubes beim Druckhub des Aggregates keine selbsttätige Zentrierung des Kolbenschuhes 1 auf dem Kolben 2 mehr stattfinden kann oder nichc mehr gesichert ist.

Die Eintauchteile 46 und die Wände 3, 29, 31, 45 der Ausnehmungen 23 sind vorteilhafterweise parallel zur Achse des die Zylinder bildenden Bauteils 9,40 rechtekkig ausgebildet. Zwecks Massenfabrikation des die Zylinder. Kolben und teilweise die Koibenschuhe enthaltenden vom Fluid durchströmten Körpers 9, 40 werden sie meistens rechteckig ausgebildet, damit die Ausnehmung 23 mehrerer Körper 9, 40 gleichzeitig bei gleichem Aufspannen gefräst werden können, oder aber die Ausnehmungen 23 in die Körper 9, 40 herein geräumt, gegossen oder gepreßt werden können, wodurch sich spanabhebende, teure Bearbeitung erübrigt.

Zwecks Erzielung einer großen Leistung und eines hohen Wirkungsgrades werden die Kolben 2 der Erfindung mit einem großen Kolbenhub versehen. Das wird dadurch erreicht, daß die Ausnehmungen 23 mit radial tiefer in den Körper (Rotor) 9, 40 eintretenden Vertiefungen 24 und die Kolbenschuhe 1 mit darin eintretenden Lintauchteilen 46 versehen werden, wobei die Vertiefungen 24 über die dem Kolbenschuh 1 zugewandten Zylinderenden der Zylinder 47 hinaus tiefer in den Körper 9, 40 eingearbeitet sind und die Eintauchteile 46 zeitweilig in die Vertiefungen 24 eintreten. Ohne diese wichtige Maßnahme bliebe der Kolbenhub und damit die Durchflußmenge durch das Aggregat und somit die Leistung des Aggregates gering.

Die axiale Sicherung des Kolbenschuhes 1 gegen Herausfallen aus der Ausnehmung 23, 24 geschiehi bei den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen durch die Anordnung stationärer Wände 29, 31. Stationäre Wände sind deshalb möglich, weil der Zwischenraum zwischen den Enden der Kolbenschuhe 1 und den Sicherungswänden (z. B. 29,31) so groß bemessen ist, daß die Kolbenschuhe 1 und die Wände 29, 31 einander nicht berühren und dadurch keine Reibung erzeugen.

Für Aggregate mit höchstem Wirkungsgrad werden den Kolbenschuhen jedoch aus der Technik bekannte und daher in den Figuren nicht gezeigte, rotierende Führungen zugeordnet, an denen sie mit ihren Außenflächen 21 anliegen. Dann wird die Axialsicherung der rechteckigen Kolbenschuhe 1 vorteilhafterweise nicht mehr durch stationäre Wände 29, 31 getätigt, sondern durch dem Umlaufring 28 oder dem Rotor 91 zugeordnete umlaufende Teile oder Ringe. Dabei können die Aggregate dann auch mit mehreren Zylindergruppen 147, 247 versehen sein, so daß sie auch als Mehrstrom-Aggregate arbeiten können. Im Falle der Anordnung mehrerer Zylindergruppen im Körper 9, 40, 91 axial hintereinander wird dann zwischen ihnen eine mit dem Rotor laufende oder gegebenenfalls auch eine stationäre Sicherungswand 82 angeordnet und vorteilhafterweise im stationären Gehäuse 28 oder einem umlaufenden Gehäuse oder Umlaufring 28 radial von innen her eine Ringnut 81 eingearbeitet, in die die zwischengeordnete Sicherungswand 82 teilweise eintreten kann, damit ein großer Kolbenhub des Aggregates und dadurch ein hoher Wirkungsgrad und eine hohe Leistung des Aggregates erzielt werden.

Obwohl rotierende Kolbenschuh-Druckhubführungen an sich bekannt sind und diese deshalb in den F i g. 1 bis 4 nicht erscheinen, ist zur Erläuterung ein Körper 9 als Rotor 91 in F i g. 6 dargestellt und von einer umlaufenden Druckhubführung, dem Umlaufring 28 umgeben. Im Körper 91 befinden sich die Zylindergruppen 147 und 247, die diesen Rotor 91 als Mehrgruppen-Aggregat kennzeichnen. Als Erfindungsmerkmal an diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird die Anordnung der Sicherungswände 83, 84 und 82 am Rotor 91 beansprucht und beansprucht, daß der mittlere Sicherungswandteii 82 teilweise in die Ringnut Si am Umiaufring 28 eintritt und daß die Sicherungswände 83 den Umlaufring 28 an seinen Enden teilweise radial überragen. Denn dadurch wird der große Kolbenhub und damit die große Leistung der Erfindung erzielt, verbunden mit ihrem daraus resultierenden hohen Wirkungsgrad. Die Ausnehmungen 23 sind dabei durch die Wände 83, 82 und/oder 84 begrenzt.

Fig. 5 zeigt in Vergrößerung der Kolbenköpfe der F i g. 1 bis 4 die mögliche weite Ausdehnung der inneren Druckfluidtasche 148 im Kolben 2 zur Verringerung der Reibung zwischen Kolben 2 und Kolbenschuh 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

23 OO 569 Patentansprüche:

1. Radialkolbenmaschine mit Kolbenschuhen, die mit je einer sphärischen Schwenkauflage für den Kolben versehen sind und die Kolbenschuhe einen Teil aufweisen, der über die gesamte Hubbewegung der Kolben zur Lagesicherung der Kolbenschuhe in Ausnehmungen des die Zylinder bildenden Bauteils eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (23) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, koaxial zu den Zylindern (47) angeordnet sind und die den Zylindern zugekehrte Enden der Kolbenschuhe (45) in die Ausnehmungen eingreifen.

2. Radialkolbenmaschine nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (23) axial durch Wände (29,31 oder 82—84) verschlossen sind.