DE2412718A1

DE2412718A1 - Radialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2412718A1
Application number: DE19742412718
Authority: DE
Inventors: Paul Bosch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-03-16
Filing date: 1974-03-16
Publication date: 1975-09-25
Also published as: GB1460255A; JPS5843588B2; JPS50128203A; DE2412718C2

Description

Se/ra.

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

RCSERT BOSCH OMBH, 7 STUTTGART 1

Radialkolb onmas chine

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) rait einem Zylinderkörper, der in Zylinderbohrungen Hubbewegungen ausführende Kolben aufnimmt und auf einem Steuerzapfen rotiert, an dem zwei
einander diametral gegenüberliegende, mit den Mündungen der Zylinderbohrungen zusammenwirkende SteuerbTfnungen ausgebildet sind, die durch Querstege voneinander getrennt sind und parallel zu denen sich in TJmfangsrichtung des Steuerzapfens erstreckende Nuten ausgebildet sind,
in deren Bereich Druckfelder wirken.

Die vom Druckmittel in den Zylinderbohrungen auf die Kolben ausgeübten Kräfte ergeben eine Reaktionskraft, deren eine Komponente den Zylinderkörper gegen denjenigen Quersteg preßt, der dem inneren Totpunkt der
Kolbenbewegung zugewandt ist, während eine andere Komponente den Zylinderkörper im Bereich der Hochdrucksteueröffnung gegen den Steuerzapfen preßt. Diese Kräfte werden durch hydrostatische und/oder hydrodynamische Druckfeder weitgehend ausgeglichen, die in diesen Bereichen des Steuerzapfens aufgebaut werden.

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Es ist eine Radialkolbenpumpe bekannt, bei der beiderseits der Steueröffnungen Nuten ausgebildet sind, die sich etwa über den gleichen Umfang des Steuerzapfens erstrecken wie die Steueröffnungen, und die durch den Steuerzapfen durchdringende Querbohrungen mit der jeweils diametral gegenüberliegenden Steueröffnung verbunden sind. Im Bereich der Nuten werden dadurch hydrostatische Druckfelder aufgebaut, die die den Steuerzapfen von der im Bereich der Steueröffnungen angreifenden Kraft entlasten. Diese Pumpe hat den Nachteil, daß der Ausgleich der an dem dem inneren Totpunkt der Kolbenbewegung zugewandten Quersteg angreifenden Kraft nur durch in üblicher V/eise hydrodynamisch gebildete Druckfelder erfolgt. Die Tragkraft dieser Druckfelder h&lngt von der Ausgestaltung der Lagerstelle, insbesondere von deren Abmessungen, ab und erfordert für größere Belastungen des Steuerzapfens an den dem inneren Totpunkt zugewandten Steg eine solche Bemessung, daß diese nicht immer im Hinblick auf kleine Abmessungen und geringe Leckverluste bei großen Kräften und großen Werten der Exzentrizität des Hubrings ausführbar let.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radialkolbenmaschine zu schaffen, bei der die auf die Qusrstege des Steuerzapfens wirkenden Kräfte in einer Weise ausgeglichen werden, daß auch bei großen Belastungen kleine Abmessungen möglich sind.

Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß auf jedem Quersteg,in Umfangsrichtung des Steuerzapfens betrachtet, auf beiden Seiten der Steueröffnungen je zwei etwa in Umfausrichtung sich erstreckende, hintereinander liegende Nuten ausgebildet sind, die durch einen Steg voneinander getrennt und durch je einen Kanal mit derjenigen Steueröffnung verbunden sind, die - bezogen auf diejenige durch den Quersteg gehende ifentellinie des Steuer zapf ens, welche von einer die Totpunkte der Kolbenbewegung verbindenden Geraden geschnitten wird - auf der gleichen Seite liegt wie die Nut.

Das hat den Vorteil, daß der Druck am Rand der hydrodynamischen Druckfelder wesentlich erhöht wird, wodurch sich deren Tragfälligkeit in

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Abhängigkeit vom Druck in den Nuten auf den Querstegen bis auf ein Mehrfaches steigern läßt. Die Belastbarkeit des Steuerzapfens wird bei gegebenen Abmessungen vergrößert oder es lassen sich unter dem Gesichtspunkt des Kraftausgleichs bei gegebener Belastung kleinere Abmessungen des Steuerzapfens wählen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Radialkolbenpumpe,

Pig, 2 eine Abwicklung des Steuerzapfers der RadialkolbenpuEipvi nach dem Ausführungsbeispiel der Pig. I,

Fig. j5 einen Querschnitt durch den Steuerzapfen der Radialkolbenpumpe nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 längs IH-IH,

Fig. k ein Diagramm.

Die Radialkolbenmaschine besitzt ein etwa topfförmiges Gehäuse 1, das von einem Gehäusedeckel 2 verschlossen ist. Eine von der dem Gehäusedeckel 2 abgewandten Stirnseite des Gehäuses ausgehende Bohrung 3 mündet in eine etwa ovale Ausnehmung 4 des Gehäuses 1. In der Bohrung 3 ist ein Steuerzapfen 5 fest angeordnet, der in die Ausnehmung k ragt. In der Ausnehmung h ist ein Zylinderkörper 6 angeordnet, der auf dem Steuerzapfen 5 drehbar gelagert ist. In dem Zylinderkörper 6 sind radial verlaufende Zylinderbohrungen 7 ausgebildet, in denen Kolben 8 angeordnet sind, welche sich mit Gleitschuhen 9 auf einem Hubring 10 abstützen. Der Hubring 10 ist in der Ausnehmung K zur Änderung des Kolbenhubes verschiebbar angeordnet, was in diesem Zusammenhang aber nicht gezeigt ist. Zwei Niederhalteringe 11 und 12 verhindern ein Abheben der Gleitschuhe 9 von dem Hubring 10.

Eine "Eriebwelle 13 ist im Gehäusedeckel 2 in einem Kugellager 14 gelagert und durch einen Wellendientring 15 nach außen abgedichtet. Die

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Triebwelle endet in einem Flansch 16, an dem zwei Klauen ausgebildet sind, die in entsprechende erste Schlitze einer Kupplungsscheibe 17 eingreifen, welche außerdem zwei weitere, zu diesen Schlitzen um 90 verdrehte Schlitze aufweist, in die am Zylinderkb'rper ausgebildete Klauen eingreifen, wodurch dieser drehfest mit der Triebwelle 15 verbunden ist.

Am Steuerzapfen 5 sind zwei einander diametral gegenüberliegende Steueröffnungen l8, 19 ausgebildet, die mit den Mündungen der Zylinderbohrungen 7 zusammenwirken. Ein teilweise im Gehäuse 1, teilweise im Steuerzapfen verlaufender Kanal 20 mündet in die Steueröffnung 18, und ein ebenfalls teilweise im Gehäuse 1, teilweise im Steuerzapfen verlaufender Kanal 21 mündet in die Steueröffnung 19. Die Kanäle 20 und 21 dienen - abhängig von der Betriebsweise der feschine - abwechselnd dem Zu- oder Abfluß von Druckmittel. Weitere Einzelheiten des den Zylinderkörper tragenden Längenabschnitts des Steuerzapfens zeigt die Fig. 2 in einer Abwicklung.

Auf beiden Seiten der Steueröffnung 18 ist je eine parallel zu dieser in Umfangsrichtung sich erstreckende Nut 22, 2^ ausgebildet, die kurzer als die Steueröffnung 18 und symmetrisch zu dieser angeordnet ist. In gleicher Weise ist auf beiden Seiten der Steueröffnung 19 je eine Nut 24, 25 ausgebildet. Zwischen der Steueröffnung 18 und den Nuten 22, 23 ist je ein Dichtsteg 26, 27 eingeschlossen, während auf den der Steueröffnung 18 abgewandten Seite der Nuten 22, 23 Tragstege 23, 29 ausgebildet sind. In gleicher Weise sind zwischen der Steueröffnung 19 und den Nuten 24, 25 Dichtstege 30, 31 eingeschlossen, während auf den der Steueröffnung 19 abgewandten Seiten der Nuten 24, 25 Tragstege 32* 33 sich befinden. Eine am Steuerzapfen 5 ausgebildete Ringnut 5^f begrenzt dessen den Zylinderkörper tragenden Längenabschnitt und befindet sich am in die Bohrung 3 eingepreßten Steuerzapfen dort, wo diese Bohrung 3 in die Ausnehmung 4 übergeht. Je zwei auf der gleichen Seite der Steueröffnungen befindliche Nuten 22, 24 bzw. 23, 25 sind durch eine den Steuerzapfen, durchdringende Bohrung 34 bzw. 35 miteinander verbunden (Fig. 3).

Die beiden Steueröffnungen 18 und 19 sind durch zwei Querstege J6, 37 voneinander getrennt. Auf dem Quersteg 36 sind - in Umfangsrichtung betrachtet auf beiden Seiten der Steueröffnungen je zwei durch einen Steg 38 bzw.

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getrennte, hintereinander liegende Nuten 40, 41 bzw. 42, 43 und in gleicher Weise auf dem Quersteg 37 je zwei durch einen Steg 44 bzw. 45 voneinander getrennte Nuten 46, 47 bzw. 48, 49 ausgebildet. Je zwei auf einem Quersteg hintereinander liegend ausgebildete Nuten, z.B. 40 und 4l, erstrecken sich in Umfangsrichtung des Steuerzapfens einschließlich des sie trennenden Steges, z.B. 38, über eine größere Länge als der Quersteg, auf dem sie ausgebildet sind. Eine die Totpunktlage der Kolbenbewegung kennzeichnende Mantellinie 50 geht durch die Mitte der Stege 38, 39 auf dem Quersteg 36, während eine ebensolche Mantellinie 51 durch die Mitte der Stege 44, 45 auf dem Quersteg 37 geht.

Von den Nuten 40 bis 43 des Quersteges 37 sind die bezüglich der Mantellinie 50, auf der gleichen Seite wie die Steueröffnung l8 liegenden Nuten 40, 42 durch je einen im Steuerzapfen 5 verlaufenden Kanal 52, 53 mit dieser verbunden, während die auf der anderen Seite der Mantellinie 50 liegenden Nuten 4l, 43 durch je einen Kanal 5*b 55 mit der ebenfalls auf der anderen Seite liegenden Steueröffnung 19 verbunden sind. In gleicher Weise sind die auf dem Quersteg 37 bezüglich der Mantellinie 51 auf der gleichen Seite wie die Steueröffnung 19 liegenden Nuten 46, 47 durch je einen Kanal 56, 57 mit dieser und die Nuten 48, 49 durch je einen Kanal 58, 59 mit der Steueröffnung 18 verbunden. Die Kanäle 52 bis 55 und 56 bis 59 verlaufen im Inneren des Steaerzapfens.

Die Kanäle 52 bis 55 und 56 bis 59 können bei Bedarf mit einer Drosselstelle 60 versehen werden, um die Leckverluste über die Nuten auf dem Quersteg, der auf der Seite des äußeren Totpimkts liegt, gering zu halten.

Führt beim Betrieb der Maschine der Zylinderkörper eine Drehbewegung in Pfeilrichtung aus und ist die Steueröffnung 19 die Hochdrucksteueröffriung, dann liegt der Quersteg 36 auf der Seite des inneren Totpunktes der Kolbenbewegung. Der Zylinderkörper wird durch die auf ihn wirkenden Kräfte im Bereich dieses Quersteges gegen den Steuerzapfen gepreßt, wodurch der Spalt zwischen Zylinderkörper und Steuerzapfen an dieser Stelle enger ist als über dem diametral gegenüberliegenden Quersteg 37* der auf der Seite des äußeren Totpunktes der Kolbenbewegung liegt.

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Vom rotierenden Zylinderkörper 6 wird Druckmittel von der Hochdrucksteueröffnung 19 sowie den Dichtstegen 30, 31 und den Nuten 24, 25 in den verengten Spalt im Bereich des Quer Steges J>6 gezogen, was dort zum Aufbau von hydrodynamischen Druckfeldern führt. Über die Kanäle 54 und 55 gelangt von der Hochdrucksteueröffnung 19 unter Hochdruck stehendes Druckmittel zu den Nuten 4l und 43 und bewirkt in deren Umgebung den Aufbau von hydrostatischen Druckfeldern, welche gleichzeitig den Randdruck des zwischen ihnen liegenden hydrodynamischen Druckfeld.es erhöhen. Damit ist bei diesem eine ganz erhebliche Steigerung der Tragfähigkeit verbunden, wie dies aus dem Diagramm nach der Fig. 4 hervorgeht.

Bei diesem Diagramm ist in Abszissenrichtung der statische Randdruck und in Grdine-tenrichtung die Tragkraft eines gegebenen Lagers aufgetragen. Mit eier Exzentrizität E des ruhenden Lagerteiles gegenüber dem rotierenden Lagerteil als Parameter ergeben sich die Tragfähigkeit des Lagers kennzeichnende Kurven. Z.B. bei einem Ξ-lfert von 19/Um, wie er bei den betrachteten Radialkolbenmaschinen auftritt, ergibt sich eine nahezu lineal· ansteigende Gerade. Bei den heute üblichen hohen Arbs&sdrücken erhält man einen hohen L?.ge:8andruck tuid mit einer mittleren Exzentrizität erzielt man eine große Tragkraft des Lagers, in diesem Fall am Quersteg des Steuerzapfens.

Bleibt die Richtung der Exzentrizität gleich und ändert sich die Drehrichtung des Zylinderkörpers, dann ist die Steueröffnung 18 die Hochdrucksteuoröffnung, während der Quersteg J5ö weiterhin auf der Seite des inneren Totpunktes der Kolbenbewegung liegt. In diesem Falle üben die Nuten 40, 42 die gleiche Funktion aus wie zuvor die Nuten 4l und 4p. Ändert sich die Richtung der Exzentrizität des Hubringes, dann liegt der Quersteg 37 auf der Seite des inneren Totpunktes der Kolbenbewegung und die Nuten 46 und 48 bzw. 47 und 49 geben durch ihre Verbindung zur jeweiligen Hochdrucksteueröffnung den Randdruck der hydrodynamischen Druckfelder auf dem Quersteg 37 vor. Der Kräfteausgleich bleibt also bei allen Betriebszuständen der Maschine erhalten.

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Diese Ausbildung des Steuerzapfens eigent sich besonders für Radialkolbenmaschinen, die bei höheren Drücken arbeiten, und deren Hubring eine große Exzentrizität erreicht, da diese beiden Faktoren proportional in die Größe der Kraft eingehen, die von den Druckfeldern ausgeglichen wird.

Die von der Leckflüssigkeit über den beiden Dichtstegen JO, j51 oder den Dichtstegen 26, 27 aufgebauten Druckfelder sowie der Druck über dex- jeweiligen Hochdrucksteueröffnung üben eine Druckkraft auf den Zylinderkörper aus, die zusammen mit anderen I«fe.ßnahmen diejenige Kraft ausgleicht, die den Zylinderkörper im Bereich der Hochdrucksteueröffnung gegen den Steuerzapfen preßt. Einzelheiten des Ausgleichs dieser Kräfte sollen als nicht zur Erfindung gehörig hier nicht aufgeführt werden.

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Claims

Ansprüche

/ l.J Radialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) mit einem Zylinder körper, der in Zylinderbohrungen Hubbewegungen ausfuhrende Kolben aufnimmt und auf einem Steuerzapfen rotiert, an dem zwei einander diametral gegenüberliegende, mit den Mündungen der Zylinder bohrung en zusammenwirkende Steueröffnungen ausgebildet sine¹., die durch Querstege voneinander getrennt sind und parallel zu denen sich in Umfangsrichtung des Steuerzapfens erstreckende Nuten ausgebildet sind, in deren Bereich Druckfelder wirken, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem Quersteg (3>6, J57) in ümfangsrichtung des Steuerzapfens (5) betrachtet, auf beiden Seiten der Steueröffnungen (lS, 19) je zwei etwa in Ümfangsrichtung sich erstreckende, hintereinander liegende Nuten (²I-O bis 4^, 46 bis 4-9) ausgebildet sind, die durch einen Steg (38, 39j 44, 45) voneinander getrennt und durch je einen Kanal (52 bis 55, 56 bis 59) mit derjenigen Steueröffnung (l8, I9) verbunden sind, die - bezogen auf diejenige durch den Quersteg gehende Mantellinie (50, 51) des Steuerzapfens, welche von einer die Totpunkte der Kolbenbewegung verbundenen Geraden geschnitten wird - auf der gleichen Seite liegt wie die Nut (40 bis 4j, 46 bis 49).
2. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kanal (52 bis 55, 56 bis 59) eine Drosselstelle (60) angeordnet ist.

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3. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Achsrichtung des Steuerzapfens der Abstand der auf der gleichen Seite der Mantellinie liegenden Nuten (40, 42; 4l, 43; 46, 48; 47, 49) so groß gewählt ist, daß sie etwa am Rand der über dem Quersteg (36, 37) in Umfangsrichtung aufgebauten hydrodynamischen Druckfelder liegen.
4. Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3.» dadurch gekennzeichnet, daß die auf der gleichen Seite der Steueröffnungen (18, 19) liegenden Nuten (40, 4l; 42, 43; 46, 47; 48, 49) einschließlich des sie trennenden Steges (38, 39, 44, 45) sich mindestens über den gleichen !umfang erstrecken wie der die Steueröffnungen trennende Quersteg (36, 37)* auf dem sie ausgebildet sind.

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