DE2341485A1

DE2341485A1 - Druckfluidum-rotationsmaschine

Info

Publication number: DE2341485A1
Application number: DE19732341485
Authority: DE
Inventors: Kenneth Morgan Spencer
Original assignee: Newage Engineers Ltd
Current assignee: Cummins Generator Technologies Ltd
Priority date: 1972-08-16
Filing date: 1973-08-16
Publication date: 1974-02-28
Also published as: US3899958A; FR2196674A5

Description

Priorität: 16. August 1972, Großbritannien, Nr. 38264/72 . . und 38265/72

Druckfluidum-Eotationsmaschine

Die Erfindung betrifft hydraulische Rotationsmasehinen, und zwar sowohl Motoren als auch Pumpen, die mit einem hydrostatischen Fluidumdruck betrieben werden oder einen solchen erzeugen und zu dem Kolbentyp mit einem Zylinderblock und einer den Zylinderblock umgebenden ringförmigen Nockenbahn gehören, wobei Nockenbahn und Zylinderblock relativ zueinander drehbar sind und wobei in zusammenwirkenden Zylindern in dem Block hin- und herbewegbare Kolben, die mit der Nockenbahn zusammenarbeiten, in generell radialen Eichtungen gleitend verschiebbar sind. Eine derartige Maschine wird gelegentlich als hydrostatischer Motor bzw. als hydrostatische Pumpe bezeichnet; es handelt sich um eine Verdrängermaschine, die nicht durch hydrodynamische Wirkung sondern aufgrund eines hydrostatischen Drucks arbeitet.

Bei einem derartigen hydrostatischen Motor bzw* einer hydrostatischen Pumpe bekannter Bauart trägt Jeder Kolben an seinem

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äußeren. Ende eine zylindrische oder leicht tonnenförmige Nockenrolle, die in einer Lagernut im äußeren Ende des zugehörigen Kolbens drehbar gelagert ist und in rollendem Eingriff mit der umgebenden Hockenbahn steht.

Diese Hoekenrollen müssen in ihren Lagern gegen Bewegung in Stirnrichtung formschlüssig angeordnet, bezüglich der Achsen der zugehörigen. Zylinderbohrungen zentrisch und rechtwinklig zur Nockenbahn gehalten werden; eine Aufgabe der vorliegenden. Erfindung besteht darin, eine verbesserte Einrichtung zu schaffen, die eine derartige Halterung in Stirnrichtung mit verringerten Reibungsverlusten vermittelt.

Erfindungsgemäß ist jede Holle zwischen zwei in axialem Abstand angeordneten führung sr ingen, die den Zylinderblock koaxial umgeben und eine formschlüssige Halterung der Rolle in Stirnrichtung ergeben, angeordnet, wobei die Führuhgsringe ihrerseits in Axialrichtung durch federnde Sprengringe oder sonstige Halte rungsmittel im Drehsitz frei drehbar auf dem Zylinderblock gehalten sind. (Eritt nun eine Rolle, bei der Drehung in ihrer Führungsnut mit einem exzentrischen Bereich einer Stirnfläche in Reibungseingriff mit dem benachbarten Führungsring, so kann dieser von der Rolle frei um den Zylinderblock mitgenommen werden, so daß die Reibungsverluste zwischen der Rolle und dem Führungsring reduziert werden.

Im Falle einer Mehrzylindermaschine, deren Zylinder mit den zugehörigen Kolben und Nockenrollen in zwei axial versetzten Gruppen angeordnet sind, können die beiden Gruppen von Nockenrollen in Stirnriclitung durch nicht mehr als drei Führun^sring'e gehalten werden_f wobei nur zwei Führungsringe in Axialrichtung bezüglich des Zylinderblocks durch Sprengringe oder dergleichen HalterungseinricJitungeji nahe den äußeren Enden der Rollen der ^jeweiligen. Gruppen gehalten Bind, während der dritte Führungsring zwischen dexi benachbarten Süden der Rollen der beiden Gruppen angeordnet ist und ohne waitere axiale Halterungseinriciitungen auskommt, vielmehr als Äbstandsö.isment swi-

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sehen den Hollengruppen dient.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung bestellt darin, die Lagerungsanordnungen für Hockenrollen zu verbessern.

Bei einem derartigen hydrostatischen Motor oder einer hydrostatischen Pumpe bekannter Bauart ist das Maschinengehäuse, das die Nockenbahnen trägt und den Zylinderblock mit den Kolben umgibt, mit einem Hydraulikfluidum gefüllt, das sich beim Betrieb der Maschine auf niedrigem Druck befindet und dazu dient, die Kolben radial nach innen vorzuspannen und das ausserdem die Trägheitsbelastungen beseitigt, die auf die Kolben infolge äußerer Stöße beim Betrieb einwirken, wenn beispielsweise die Maschine als Motor ausgebildet ist, der innerhalb eines Rades montiert ist und beim Rollen des Rades -über eine unebene Oberfläche Schwingungen ausgesetzt ist. Der geringe Fluidumdruck verhindert jedoch nicht, daß die Rollen sich von den Kolben lösen und an der Nockenbahn anschlagen, wenn der Motor leerläuft. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine einfache und wirksame Maßnahme vorzusehen, die verhindert, daß die Nockenrollen unter derartigen Umständen ihre führungsnut en verlassen.

Erfindungsgemäß ist zu diesem Zweck jede Nockenrolle in ihrer Nut im äußeren Ende des zugehörigen Kolbens in einem Gleitlager gelagert, wobei das Lager eine generell zylindrische Lagerfläche aufweist, die mit der Mantelfläche der Rolle in Eingriff steht und um die Rollenachse einen Bogen einschließt, der wesentlich größer ist als 18o°, jedoch kleiner als 36o°, wobei gegenüberliegende Seiten des Lagers sich teilweise um die äussere halbkreisförmige Hälfte des Querschnitts-Profils der Rolle erstrecken und an ihren Enden einen Abstand voneinander aufweisen, der kleiner ist als der Durchmesser der Rolle, so daß die Rolle in der Nut in dem Kolben gehalten wird.

Auf diese Weise wird jede Hockenrolle formschlüssig daran gehindert, sich von dem Kolben in Richtung der Kolben-Hin- und

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Herbewegung zu trennen.

Das den einzelnen Rollen zugeordnete Lager kann eine teilzylindrische Lagerschale umfassen, die die in dem Kolbenende ausgebildete Nut auskleidet, wobei entgegengesetzte Seiten der Lagerschale von dem am offenen Ende des Kolbens befindlichen Mantel unterstützt sind.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert; in den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen hydrostatischen

• Motor längs der Linie I-I der Fig. 2j Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II der Fig. 1; und

Fig.· 5 einen Teilschnitt durch die drehbaren, zentralen Zapfen·* und Schlitzanordnungen des Motors.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein hydrostatischer Motor 1o dargestellt, der sich zum direkten Antrieb eines Fahrzeug-Straßenrades eignet und der einen mittels Bolzen 13 an eine Stützplatte 12 angeschraubten Zylinderblock 11 und eine drehbare Nabenano^dnung 14 umfaßt, die einen Radflansch 15, an den ein Rad angeschraubt werden kann, vermittelt und in Lagern 16, 17 an der Stützplatte 12 und dem Zylinderblock 11 gelagert ist. Der Motor umfaßt ferner ein Motorgehäuse 18, das den festen Zylinderblock 11 umschließt. Der Zylinderblock 11 ist mit zwölf radialen Zylindern 2o ausgestattet, die in zwei axial versetzten Gruppen von je sechs um jeweils 6o° versetzten Zylindern angeordnet sind, wobei die Zylinder 2o an ihren radial äußeren ,Enden offen und an ihren radial inneren Enden Jeweils mit einer Einlaß- und Auslaßöffnung 21 versehen sind. Die öffnungen 21 arbeiten mit Ringen von Schlitzen zusammen, die in einem Zapfen 25 geformt sind. Der Zapfen 25 ist. mit der Nabenanordnung 14- in einer koaxialen zentrischen Bohrung 26 in dem Zylinderblock 11 drehbar, so daß die zyklische Zu- und Abführung von Kydraulikfluidum zu bzw. von den Zylindern bei Drehung der Nabenanordnung in bekannter Weise gesteuert wird.

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Der Zapfen 25 sitzt dicht in der Bohrung 26, in der er sich dreht, und ist bei 27 an einem zentralen Drucklagerblock 28 festgekeilt, der seinerseits über Bolzen 29 an einer tellerförmigen Stirndeckelplatte 3o der Nabenanordnung 14- angeschraubt ist. Mittels Bolzen 31 ist die Deckelplatte 3o an dem drehbaren Gehäuse 18 der Habenanordnung angeschraubt, wobei der Drucklagerblock 28 über das Lager 17 in einem Ende des festen Zylinderblocks 11 gelagert ist. Der Zapfen 25 dreht sich also mit der Nabenanordnung 14 in der Bohrung 26 in dem Zylinderblock. Der Zapfen 25 ist mit zwei in Axialrichtung versetzten Ringen von Schlitzen 32A, 32B und 33A, 33B versehen, d,ie jeweils mit den öffnungen 21 der beiden Gruppen von Zylindern 2o zusammenarbeiten. Die Schlitze 32A und 32B sind in dem zugehörigen Ring abwechselnd angeordnet und jeweils mit einem Einlaßtunnel 34- und einem zugehörigen Auslaßtunnel 35 verbunden, wobei die beiden Tunnels 34·, 35 in Längsrichtung in dem Zapfen 25 vorgesehen sind. Die Schlitze 33A und 33B sind ebenfalls in ihrem Ring abwechselnd angeordnet und jeweils, wie gezeigt, mit den Tunnels 34- und 35 verbunden. Der zentrische Einlaßtunnel 34- führt zu einer in der Zapfenoberfläche vorgesehenen Ringnut 36, die mit einer in der Stützplatte 12 geformten Durchführung 37 in. Verbindung steht. Die Durchführung 37 führt gemäß Fig. 3 zu einer Einlaßöffnung 38, die zum Anschluß an eine Hydraulikdruck-Versorgungsleitung dient. Sämtliche vier Auslaßtunnels 35 führen zu einer gemeinsamen in der Zapfenoberfläche vorgesehenen Ringnut 39» die mit einer in der Stützplatte 12 angeordneten Auslaß-Durchführung 4·ο in Verbindung steht. Die Durchführung 4-o führt ihrerseits zu einer Auslaßöffnung 4-1, die zum Anschluß an eine Hydraulikfluidum-Rückführleitung dient. Die Nabenanordnung 14· und der Zapfen 25 drehen sich also relativ zu der Stützplatte 12 und dem Zylinderblock 11, wobei die Zylinderöffnungen 21 nacheinander auf die Schlitze 32A, 32B bzw. 33A, 33B in dem Zapfen ausgerichtet und dadurch nacheinander an die hydrostatische Druckversorgung bzw. die Druck-Rückführleitung angeschlossen werden·

In jedem Zylinder 2o ist ein zylindrischer Kolben 5o gleitend angeordnet, der an seiner äußeren Stirnfläche mit einer kon-

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kaven Aussparung 51 versehen ist. Die Aussparung 51 wird von einer teilzylindrischen Lagerschale 52 ausgekleidet, deren Achse parallel zur Drehachse 53 der Nabe verläuft. In dem Lager 52 in federn Kolben 5o ist eine zylindrische Rolle 55 gel'agert, wobei ein Teil der zylindrischen Oberfläche der Solle 55 aus der Kolben-Lagerschale 52 nach außen herausragt und mit einer Nockenbahn 56 zusammenwirkt, die mit der Nabenanordnung 14- drehbar in dem Motorgehäuse 18 befestigt ist und den Zylinderblock 11 umgibt. Vorgesehen sind zwei Nockenbahnen 56, die in axialem Abstand voneinander angeordnet sind und jeweils mit den Rollen 55 und Kolben 5o der beiden Gruppen von Zylindern 2o zusammenarbeiten. Jede Lagerschale 52 weist an ihrem Boden eine kleine Schmieröffnung 57 auf, die über eine Durchführung 58 durch den mit der Aussparung versehenen Kolbenkopf mit dem Innern des zugehörigen Zylinders 2o in Verbindung steht, so daß Druvkf luidum aus dem Zylinder 2o dem Lager 52 zur Schmierung der Lagerfläche zugeführt wird.

Jeder Kolben 5o ist in dem zugehörigen Zylinder 2o durch einen geeigneten (nicht gezeigten) Anschlag gehalten, der seine Bewegung relativ zum Zylinder in radialer Auswärtsrichtung begrenzt; außerdem ist das Innere des Gehäuses 18 mit einem Fluidum auf niedrigem hydraulischen Druck ausgefüllt, das auf die Kolben 5o wirkt und sie radial nach innen vorspannt. Die Rollen 55 werden in ihren Lagern 52 foxmischlüssig gehalten und können "' sich infolge der Form der Lager selbst nicht in Radialrichtung von den Kolben lösen. Jede Lagerschale 52 umschreibt um die Achse der Rolle 55 einen Bogen von etwa 24-5°» wobei die entgegengesetzten Seitenteile der Lagerschale 52 teilweise um die äußere Zylinderfläche der Rolle 55 verlaufen, wie dies in den Figuren gezeigt ist. Der Abstand zwischen den. Längskanten 59 der Lagerschale 52 ist also geringer als der Durchmesser der Rolle 55* die somit in der Lagerschale gefangen ist und diese nicht in radialer Auswärtsrichtung verlassen kann. Die am offenen Kolbenende bestehenden Mantelteile 60 des Kolbens 50 sind in ähnlicher Weise so geformt, daß sie über die Höhe der Rollenachse in Auswärtsrichtung der Kolben-Hin- und Herbewegung hinausragen, und an ihren nach außen ragenden Teilen einwärts gekrümmt,.

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so daß sie die Lagerschale 52 an den Stellen, an denen sie die Rolle 55 umgibt, von hinten unterstützen.

Auf diese Art und Weise werden die Nockenrollen 55 in. radialer Richtung formschlüssig in ihren Lagern gehalten, so daß sie die Kolben 5o nicht verlassen und im Leerlauf des Motors nicht gegen die Nockenbahnen 56 schlagen können.

Die Nockenrollen 55 sind ferner mit formschlüssigen Stirn-Halterungsmitteln versehen, die sie zentrisch in ihren Lagern bezüglich der Achsen der jeweiligen Zylinderbohrungen und rechtwinklig zu den Nockenbahnen 56 halten. Diese Stirn-Halterungseinrichtungen umfassen drei Führungsringe 65, 66 und 67, die den Zylinderblock 11 koaxial umgeben und von denen die äußeren beiden Ringe 65 und 67 den äußeren Enden der Rollen 55 &βτ jeweiligen Zylindergruppen unmittelbar benachbart angeordnet sind, während der dritte Ring 66 zwischen die Zylindergruppen als Abstandselement zwischen den beiden Gruppen von Rollen 55 eingefügt ist. Die beiden äußeren Führungsringe 65 und 67 sind in Axialrichtung von federnden Klemmringen 68 gehalten, die außerhalb der Ringe in Ringnuten in dem Zylinderblock eingepaßt sind und die Führungsringe 65 und 67 in Stellungen halten, in denen sie die offenen Enden der Zylinder 2o leicht überlappen., während der mittlere Ring 66 keine axialen Halterungsmittel aufweist. Alle drei Führungsringe 65, 66 und 67 sind in freiem Drehsitz auf den Zylinderblock 11 aufgepaßt, so daß sie frei drehbar sind und Reibungsverluste zwischen den Ringen und den Rollen dadurch vermindern, daß die relativen Gleitgeschwindigkeiten zwischen den Rollen und den Führungsringen vermindert werden, wenn sich die Rollen in ihren Lagern 52 drehen. Wie ersichtlich, vermitteln die drei Führungsringe somit stirnseitige Halterungen für die Rollen, ohne daß sie die freie Hin- und Herbewegung der Kolben und Rollen beim Zusammenwirken der Rollen mit den Führungsbahnen nennenswert stören.

In dem oben beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten

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Ausführungsbeispiel sind die zylindrischen Oberflächen der Rollen 55 und ihrer Lagerschalen 52 durch Gerade erzeugt; ebensogut ist es jedoch, auch möglich, daß die Rollen leicht tonnenförmig sind, d.h. durch gekrümmte Kurven erzeugt werden, wobei auch die Nockenbahnen und möglicherweise auch die Lagerschalen entsprechend gekrümmt sein können. Die oben verwendeten Ausdrücke "zylindrisch" und "teilzylindrisch" sind entsprechend zu verstehen. - ■ ■

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Claims

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./ Mit hydrostatischem Druck arbeitende Kolben-Rotationsmaschine mit einem Zylinderblock und einer diesen umgebenden ringförmigen Nockenbahn, wobei Zylinderblock und Nockenbahn relativ zueinander drehbar sind, ferner mit hin- und herbewegbaren Kolben, die in generell radialen Richtungen in entsprechenden Zylindern in dem Block gleitend verschiebbar sind und mit der Nockenbahn zusammenarbeiten, wobei Jeder Kolben an seinem*äußeren Ende eine generell zylindrische Nockenrolle trägt, die in einer Lageraussparung im äußeren Ende des jeweiligen Kolbens drehbar untergebracht ist und in rollendem Eingriff mit der umgebenden Nockenbahn steht, wobei ferner jede Rolle zwischen zwei in axialem Abstand befindlichen Führungsringen angeordnet ist, die den Zylinderblock koaxial umgeben, stirnseitige Halterungen für die Rolle bilden und auf dem Block durch federnde Klemmringe oder sonstige Halterungsmittel in Axialrichtung gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsringe (65, 66, 67) im Drehsitz auf den Zylinderblock (11) frei drehbar aufgepaßt sind.
2. Maschine nach Anspruch 1, wobei die Zylinder und die zugehörigen Kolben und Nockenrollen in zwei axial versetzten Gruppen an dem Zylinderblock angeordnet sind, dadurch g e-.kennzeichnet, daß die beiden Gruppen von Nockenrollen (55) stirnseitig von drei Führungsringen (65» 66, 67) gehalten sind, von denen zwei Ringe (65» 67) auf dem Zylinderblock in Axialrichtung durch Klemmringe oder ähnliche Halterungseinrichtungen (68) gehalten werden, die den äußeren

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Enden der Rollen der Jeweiligen Gruppen benachbart sind, während der dritte Führungsring (66) zwischen die einander zugewandten Enden der Rollen der beiden Gruppen ohne sonstige axiale Halterungseinrichtungen eingefügt ist und als Abstandselement zwischen den Rollengruppen dient.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rolle (55) in· einem Gleitlager (52) in ihrer Aussparung (5Ό im äußeren Ende des jeweils zugehörigen Kolbens (5°) gelagert ist, wobei das Lager (52) eine im wesentlichen teilzylindrische Lagerfläche aufweist, die an der im wesentlichen zylindrischen Oberfläche der Rolle (55) anliegt und um die Rollenachse einen Bogen einschließt, der wesentlich größer ist als I80 , jedoch kleiner als 36o°, so daß die entgegengesetzten Seiten des Lagers teilweise um die äußere halbringförmige Hälfte des Querschnitts-Profils der Rolle verlaufen und ihre Enden (59) einen Abstand voneinander aufweisen und somit die Rolle in der Aussparung im Kolben halten.
4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das jeder Rolle (55) zugeordnete Gleitlager eine im wesentlichen teilzylindrische Lagerschale (52) umfaßt, die die Aussparung (51) im Kolbenende auskleidet, wobei entgegengesetzte Seiten der Lagerschale von den Mantelteilen (60) des Kolbens (50) unterstützt sind.
5. Mit hydrostatischem Druck arbeitende Kolben-Rotationsmaschine mit einem Zylinderblock und einer diesen umgebenden ring-

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förmigen Nockenbahn, wobei Zylinderblock und Noekenbahn relativ zueinander drehbar sind, ferner mit hin- und herbewegbaren Kolben, die in generell radialen Richtungen in entsprechenden Zylindern in dem Block gleitend angeordnet sind und mit der Nockenbahn zusammenwirken, wobei jeder Kolben an seinem äußeren Ende eine generell zylindrische Nockenrolle trägt, die in einer Lageraussparung im äußeren Kolbenende untergebracht ist und in rollendem Eingriff mit der umgebenden Nockenbahn steht, und wobei jede Nockenrolle in der zugehörigen Aussparung im äußeren Ende des Kolbens in einem Gleitlager gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (52) eine generell zylindrische Lagerfläche aufweist, die an der Umfangsflache der Bolle (55) anliegt und um die Rollenachse einen Bogen einschließt, der wesentlich größer ist als 18o , wobei entgegengesetzte Seiten des Lagers sich teilweise um die äußere halbkreisförmige Hälfte des Querschnitts-Profils der Rolle erstrecken und die Enden (59) einen Abstand voneinander aufweisen, der kleiner ist als der größte Durchmesser der Rolle, um die Rolle in der Aussparung (51) in. dem Kolben ^u halten.
6. Maschine nach Anspruch 5i dadurch ge.kennze ich-

> _N im wesentlichen

net, daß das Gleitlager (52) eine/teilzylindrische Lagerschale (52) umfaßt, die eine größere im wesentlichen teilzylindrische Aussparung (51) in dem Kolbenende auskleidet, wobei entgegengesetzte Seiten der Lagerschale von den Hantelteilen (60) des Kolbens unterstützt sind.

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