DE2335976A1

DE2335976A1 - Rotations-radialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2335976A1
Application number: DE19732335976
Authority: DE
Inventors: Michael Henke
Original assignee: A Friedrich Flender AG
Current assignee: A Friedrich Flender AG
Priority date: 1973-07-14
Filing date: 1973-07-14
Publication date: 1975-01-30
Also published as: DE2335976B2

Description

233.5978

A. Friedr. Flender & Co.
B ο c h ο 1 t

Rotations-Radialkolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine Rotations-Radialkolbenmaschine für hohe Drehmomente und vergleichsweise hohe Drehzahlen bei hoher Gleichförmigkeit des Abtriebsdrehmomentes, wobei ein drehbar im Gehäuse gelagerter Zylinderkörper Kammern aufweist, in denen radial verschiebbare Kolben hydraulisch gesteuert werden.

Es sind Ausführungen von Radialkolbenmaschinen für hohe Drehmomente bekannt, bei denen ein Zylinderkörper relativ zum Gehäuse drehbar und in diesem gelagert und mit radialen Bohrungen versehen ist. Diese Bohrungen nehmen je einen Kolben auf, der von innen druckbeaufschlagt wird und sich mit seiner äußeren Stirnseite gegen eine Traverse abstützt. Jede Traverse gleitet in einer radialen Führung des Zylinderkörpers und trägt an ihren Enden Stützrollen, mit denen sie in einem mit dem Gehäuse fest verbundenen Ring abrollen» Dieser Ring besitzt zur Erzeugung einer radialen Hubbewegung für die Kolben ein in Umfangsrichtung verlaufendes Nockenprofil, so daß jeder Kolben eine der Nockenzahl entsprechende Anzahl von Hubbe\^gungen pro Maschinenumdrehung ausführt.

Das Schluckvolumen ist gleich dem Hubvolumen pro Kolben multipliziert mit der Kolben- und Nockenzahl. Da das Schluckvolumen direkt proportional dem Drehmoment ist, werden bei solchen Maschinen zur Erzeugung eines vergleichsweise großen Drehmomentes den einzelnen Kolben mehrere Hubbewegungen pro Umdrehungen aufgezwungen.

409885/0753

Die bekannten Hochmomentmaschinen mit Außennocken besitzen zylindrische ßteuerkörper, die in der zentralen Rotorbohrung angeordnet sind und die Hydraulikflüssigkeit in radialer Richtung den Arbeitskammern im Zylinderkörper zuführen bzw. wieder aus ihnen herausströmen lassen. Bei solchen zylindrischen Steuerkörpern muß der Steuerzapfen mit radialem Laufspiel in die Bohrung eingesetzt werden, um einen einwandfreien Lauf in der Steuerbüchse zu ermöglichen. Dieses Spiel wird durch Verschleiß während des Betriebes noch vergrößert. Durch diesen ringförmigen Spalt entweicht ein Teil der unter Druck stehenden Flüssigkeit, ohne an den Kolben Arbeit geleistet zu haben.

Die konstruktiv bedingte Durchmesserbegrenzung des radialen Steuerkörpers läßt nur vergleichsweise geringe Kanalquerschnitte zu den einzelnen Zylinderkammern zu. Zur Vermeidung unzulässiger Drosselverluste muß daher die Drehzahl der Maschine begrenzt werden.

Bei Radialkolbenmaschinen für höhere Drehzahlen werden aus diesem Grunde die Kolben radial von außen beaufschlagt. Der in vielen Fällen ebenfalls zylindrische L>teuerkörper ist in axialer Verlängerung der Abtriebswelle und mit dieser zwangsläufig umlaufend angeordnet. In diesem Falle ist es möglich, den Steuerkörper mit einem größeren Durchmesser und damit auch mit reichlicher dimensionierten Kanalquerschnitten für höhere Maschinendrehzahlen auszulegen.

Allerdings wirken die Kolben dieser Bauart auf einen die Abtriebswelle bildenden Exzenter, so daß jeder Kolben pro Maschinenumdrehung nur eine Hubbewegung ausführen kann. Aus diesem Grunde liegen die möglichen Drehmomente entsprechend niedriger als bei der Außennockenmaschine.

409885/0753

Zur .Eliminierung der durch den Ringspalt zwischen Steuer-; _: körper und Steuerfeuchse entstehenden Ölverluste sind auch Ausführungen von Radialkolbenmotoren mit Außennockenprofil bekannt, bei denen ,die.-öl zuführung- vom stehenden Maschinenteil auf den rotierenden Zylinderkörper oder vom rotierenden Ölverteiler auf.das feststehende Gehäuse in axialer Richtung erfolgt. Aus gleichem Grunde werden Radialkolbenmaschinen insbesondere Pumpen hergestellt, bei denen die Steuerung der Ölzufuhr bzw. Ölabfuhr über Ventile erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radialkolbenmaschine zu schaffen, die als Hohlwellenmaschine mit axialer Beaufschlagung direkt auf die Arbeitsmaschinenwelle aufgesetzt werden kann und die hohe Drehmomente bei hoher Gleichförmigkeit des Drehmomentenverlaufs und vergleichsweise hohe Drehzahlen ermöglicht und die vergleichsweise wenig Leckverluste und damit einen hohen hydraulischen Wirkungsgrad hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgenden konstruktiven Aufbau gelöst:

Aus bereits dargelegten Gründen kommt nur eine Außennockenmaschine in Frage. Der im Gehäuse drehbar gelagerte Zylinderkörper trägt Kolben und Traversen in bekannter Ausführung. Zur Aufnahme der Arbeitsmaschinenwelle ist der Zylinderkörper mit einer zentrischen durchgehenden Bohrung versehen. Die Übertragung des Drehmomentes erfolgt vorzugsweise über eine Verzahnung. Die Stirnflächen des Zylinderkörpers sind als Steuerflächen ausgebildet. Die stirnseitige Flüssigkeitsbeaufschlagung ermöglicht radial weit außen liegende Kanäle und damit vergleichsweise reichlich dimensionierte Kanalquerschnitte, die für höhere Drehzahlen notwendig sind. Die_ erzielte Wirkung wird noch dadurch verstärkt, daß vorzugsweise gleichzeitig von beiden Stirnseiten aus die Ölbeaufschlagung des Zylinderkörpers erfolgt.

409885/0753

Eine hohe Gleichförmigkeit des Abtriebsdrehmomentes ist durch eine geeignete Abstimmung zwischen Kolbenanzahl, Nockenanzahl sowie durch eine geeignete Nockenform, auch bei niedriger Abtriebsdrehzahl gewährleistet. Die erfindungsgemäße Beaufschlagung des Zylinderkörpers von beiden Stirnseiten erfolgt durch flexibel in den Seitenteilen gelagerte "Verteilerringe, die axial verschiebbar sind und mit den Seitenteilen drehstarr verbunden sind. Gegen den Zylinderkörper werden die Verteilerringe mittels systemdruckbeauf schlagt er Stützkolben angepreßt. Diese Stützkolben sind vorzugsweise in Sacklochbohrungen angeordnet, die in der der Steuerfläche des Verteilerringes gegenüberliegenden Stirnseite angebracht sind. Die Anzahl der Stützkolben entspricht vorzugsweise der doppelten Nockenzahl des Ringnockenprofils. In Umfangsrichtung ist jeweils abwechselnd eine Sacklochbohrung mit dem Druckkanal und die nächste Sacklochbohrung mit der Rücklaufleitung verbunden. Eine Hälfte der Stützkolben preßt den Verteilerring entsprechend dem Systemdruck und die andere Hälfte entsprechend dem niedrigen Druck in der Rücklaufleitung an den Zylinderkörper.

Durch geeignete Wahl des Stützkolbendurchmessers ergibt sich ein Optimum zwischen Leckage und Reibmoment, wobei diese s Optimum druckunabhängig ist. Durch die flexible Aufhängung und die axiale Anpressung passen die Verteilerringe den Steuerflächen des Zylinderkörpers sich an und können den Stirnlauffehlern des Zylinderkörpers folgen. Die freie axiale Verstellbarkeit der Verteilerringe ermöglicht ein selbständiges Nachstellen bei Verschleiß am Dichtspalt zwischen Verteilerring und Zylinderkörper. Diese konstruktive Gestaltung ergibt selbst bei hohen Drücken kleinste Leckagen und gewährleistet einen gleichbleibenden hohen volumetrischen Wirkungsgrad während der gesamten Betriebszeit,

409885/0753

Durch die symmetrische Anordnung der Verteilerringe stirnseitig an dem Zylinderkörper und durch die Abstützung an den Gehäuseseitenteilen erfahren die Wälzlager der Hohlwelle keine axialen Kräfte. Außerdem sind bedingt durch Kolbenanzahl, Nockenanzahl und Nockenform die Radialkräfte auch nur gering oder sogar Null. Aus diesem Grunde können erhebliche "Äußere Zusatzkräfte" zugelassen werden.

Die Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Dabei sind gleiche Teile in den Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Es stellen dar:

Fig. 1 Ansicht der Maschine mit zur Hälfte entferntem Gehäuses eit ent eil und geschnittenem Zylinderkörper

Fig. 2 Seitenansicht der Maschine bzw. Halbschnitt Fig. 3 Verteilerring, Ansicht der Steuerkanäle Fig. 4 Verteilerring, Seitenansicht

Fig. 5 Verteilerring, Ansicht der Sacklochbohrungen für die Stützkolben

Fig. 6 Schnitt durch die Steuerkanäle, Schnittverlauf A-B in Fig. 3

Fig. 7 Schnitt durch die Sacklochbohrungen, Schnittverlauf C-D in Fig. 5

In Fig. 1+2' ist eine Hydraulik-Maschine ersichtlich, bei der ein Zylinderkörper 4 in einem Gehäuse, bestehend aus den Seitenteilen 1 und einem Ring 2 mit Innennockenprofil, mittels der Wälzlager 5, drehbar gelagert ist.

409885/0753

Der Zylinderkörper 4 ist zentrisch durchbohrt und diese Bohrung trägt eine Innenverzahnung, wobei die Bohrung und die Innenverzahnung so dimensioniert sind, daß das von der Maschine erzeugte Drehmoment abgeleitet werden kann. Im Zylinderkörper 4 ist eine Vielzahl von vom Mittelpunkt nach außen gerichteter Bohrungen 6 vorhanden. Diese zylindrischen Bohrungen werden durch Kolben 7 verschlossen. Die Kolben stützen sich gegen Traversen 8 ab, wobei die Traversen 8 in Schlitzen des Zylinderkörpers 4 geführt werden und an ihren Enden Stützrollen 9 tragen. Die Stützrollen 9 rollen auf dem Innen-Nockenprofil ab und dabei wird das unter den Kolben 7 sich befindende Zylindervolumen periodisch vergrößert und verkleinert.

Das die Kolbenbewegung hervorrufende hydraulische Strömungsmittel wird von einer Pumpe geliefert und gelangt über den Verteilerstutzen 3 in die beiden Seitenteile 1 und dann über die entsprechenden Ringkanäle 10 in die Steuerkanäle 19 der Verteilerringe 11. Drucköl bekommen selbstverständlich nur die Hälfte der teuerkanäle 19, wobei in Umfangsrichtung jeder zweite Steuerkanal Drucköl bekommt. Aus Fig. 3, 4, 6 ist ersichtlich, welche Steuerkanäle 19 mit dem momentan mit Drucköl beaufschlagten Ringkanal 10 verbunden sind. Die indsn Fig. 3-7 angebrachten Sterne * kennzeichnen Steuerkanäle 19, Ringkanäle 10 bzw. Bohrungen 16, die miteinander verbunden sind. Über die im Zylinderkörper 4 angebrachten Durchbrüche 13 gelangt das hydraulische Strömungsmittel unter die Kolben 7. Die Steuerkanäle 19 in den Verteilerringen 11 sind so angeordnet und so mit den Ringkanälen 10 verbunden, daß nur unter die Kolben 7 Flüssigkeit geleitet wird, die bei einer festgelegten Drehrichtung des Zylinderkörpers radial nach außen gleiten können. Die bei einer solchen Drehung zwangsläufig nach innen gleitenden Kolben können über die Durchbrüche 13 und über die nicht mit Drucköl beaufschlagten

409885/0753

Steuerkanäle 19und mit den entsprechenden Ringkanälen 10 die unter ihnen stehende Flüssigkeit abgeben. Diese Rücklaufflüssigkeit gelangt in die Seltenteile 1 und von dort zu dem Verteilerstutzen 20-und von dort wieder zur Pumpe bzw. in den Tank. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Stirnseiten des Zylinderkörpers 4 als Steuerflächen ausgebildet und die Flächen müssen folglich möglichst glatt, möglichst verschleißfest und mit möglichst kleinen Stirnlauffehlera behaftet sein. Die Ve,rteilerrInge 11 müssen an diese Steuerflächen angedrückt werden, damit ein Minimum an Druckflüssigkeit an den Übergabestellen entweicht.

Da Stirnlauffehler des Zylinderkörpers 4 nicht ausgeschlossen werden können, müssen die Verteilerringe 11 flexibel in den Seitenteilen 1 gelagert sein. Erreicht wird dies, indem man die Verteilerringe 11 mit entsprechendem Spiel in die Bohrung der Seitenteile 1 einlegt. Die flexible Aufhängung erfolgt durch die in die Einstiche 14 eingelegten elastischen Dichtelemente 15. Diese Dichtelemente 15 übernehmen selbstverständlicii auch die Abdichtung des unter Drucköl stehenden: Ringkanales 10 zu dem nicht mit Drucköl beaufschlagten Ringkanal 10 und ebenso die Abdichtung der Ringkanäle 10 gegen den Maschineninnenraum.

Damit die Verteilerringe 11 eventuellen Stirnlauffehlern des Zylinderkörpers 4 folgen, und damit der durch Abrieb zwischen Verteilerring 11 und Steuerfläche des Zylinderkörpers 4 entstehende Spalt immer nachgestellt wird, werden die Verteilerringe 11 mittels Systemdruck gegen den Zylinderkörper 4 gedrückt. Die Verteilerringe 11 sind gegenüber den Seitenteilen 1 axial verschiebbar, jedoch drehstarr angeordnet. Dieser Systemdruck wird über die Ringkanäle 10 und kleine Bohrungen 16 auf Stützkolben 17 geleitet. Die Stützkolben 17 stecken in Sacklochbohrungen 18, die an der Stirnseite der Verteilerringe 11 angebracht sind. Die halbe Anzahl der Stützkolben 17 sind über die Bohrung 16 mit dem

409885/0753

mit Drucköl beaufschlagten Ringkanal 10 und die andere Hälfte mit d?m nicht mit Drucköl beaufschlagten Ringkanla 10 verbunden. Die Beaufschlagung der Stützkolben 17 erfolgt so, daß immer ein mit Drucköl beaufschlagter Stützkolben 17 zwischen zwei nicht mit Drucköl beaufschlagten Stützkolben 17 liegt, (paarige Anzahl· der Kolben!) _.

Durch diese Anordnung kommt es, daß die Verteilerringe 11 von der Hälfte der Stützkolben 17 mit Systemdruck und von der anderen Hälfte der Stützkolben 17 mit dem in der. Rücklaufleitung herrschenden Druck gegen den Zylinderkörper 4 gedruckt werden. Der hinter den Stützkolben 17 herrschende Flüssigkeitsdruck möchte die Stützkolben 17 aus der Sacklochbohrung 18 schieben. Dies ist aber nicht möglich, da die Stützkolben 17 an den Seitenteilen 1 anliegen. Die Reaktionskraft läßt also die Verteilerringe 11 immer mit einer sowohl dem Druck in der DruckleL tung als auch dem Druck in der Rücklaufleitung entsprechenden Kraft an den Steuerflächen des Zylinderkörpers 4 anliegen. Da an beide Stirnseiten des Zylinderkörpers 4 Verteilerringe 11 angepreßt werden, sind von den Hauptlagern keine Axialkräfte aufzunehmen.

40 98 8 5/0753

Claims

Patentansprüche:

(1 .JRotations-Radialkolbenmaschine, bei der ein Zylinderkörper relativ zürn Gehäuse drehbar gelagert ist und dieser Zylinderkörper Kammern besitzt, die bei dem Betrieb der ." Maschine durch radial verschiebbare Kolben ihr Volumen periodisch verändern und dabei Flüssigkeit aufnehmen und wieder abgeben, da d u r c h- gekennzeichnet, daß Stirnflächen des Zylinderkörpers (4) als Steuerflächen ausgebildet sind, gegen die Verteilerringe (11) gedrückt werden, in welche Steuerkanäle (19) für die Zu- und Abführung der Flüssigkeitfcin axialer Richtung eingearbeitet sind und daß der Zylinderkörper (4) mit einer zentrischen durchgehenden Bohrung versehen ist, damit die Maschine direkt auf die Welle der Arbeitsmaschine aufgesteckt werden kann,
2. Roiafcions-Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitig im Zylinderkörper (4) angebrachten Verteilerringe (11) in den Gehäuseseitenteilen flexibel und axial verschiebbar aufgehängt sind und daß die Verteilerringe drehstarr mit den Gehäuseseitenteilen verbunden sind. „ '
3. Rotations-Radialkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkörper von beiden Seiten gleichzeitig in axialer Richtung mit Flüssigkeit beaufschlagt ist.
4. Rotations-Radialkolbenmaschine nach mindestens einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerringe (11) durch den jeweils anliegenden Flüssigkeitsdruck über in ihrer Größe den Druckflächen angepaßten Stützkolben (1?) so gegen den Zylinderkörper gedrückt werden, daß ein Optimum zwischen Leckage und Reibmoment erzielt wird. ·

409885/0753
5. Rotations-Radialkolbenmaschine nach mindestens einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den stirnseitig des Zylinderkörpers angeordneten Verteilerringen die zur Anpressung notwendigen Stützkolben untergebracht sind.
6. Rotations-Radialkolbenmaschine nach mindestens einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verteilerringen die doppelte Anzahl Stützkolben untergebracht sind wie Nocken auf dem Führungsprofil vorhanden sind, wobei in Umfangsrichtung abwechselnd die Kolben mit der Druckleitung und der Rücklaufleitung verbunden sind.

40988 5/0753

Leerseite