DE3701752A1 - Kolbenmotor, insbesondere radialkolbenmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenmotor, insbesondere Radi­ alkolbenmotor mit einem Gehäuse, mit in dem Gehäuse verstell­ baren Kolben und mit einer in dem Gehäuse gelagerten An­ triebswelle mit einem Abtriebszapfen mit einer Lagerstelle für die Antriebswelle und einer als Steuerzapfen ausgebilde­ ten zweiten Lagerstelle, wobei der Steuerzapfen eine mit ei­ ner Druckmittelzuführung verbundene Umfangsnut, mit der über mindestens eine Verbindungsleitung eine segmentartige Druck­ versorgungsnut für die Kolben verbunden ist, und eine seg­ mentartige Entsorgungsnut, die mit einer Druckmittelausgangs­ leitung, zur Druckmittelabfuhr aus den Kolben verbunden ist, aufweist.

Kolbenmotoren werden im allgemeinen durch Öl als Druckmittel angetrieben, welches von einer vorgeschalteten Pumpe auf Hochdruck gebracht worden ist. Bei einem Radialkolbenmotor werden während des Umlaufes der Exzenterwelle über den Steu­ erzapfen entsprechend die Kolbenräume der Kolben mit Druck­ mittel versehen, wonach anschließend über die Entsorgungsnut das Druckmittel wieder ausgestoßen wird. D.h., während eines Umlaufes werden die Kolben abwechselnd mit Druckmittel verse­ hen und erzeugen auf diese Weise die gewünschte Antriebs­ kraft.

Bei einem Radialkolbenmotor befinden sich mehrere Kolben, im allgemeinen drei, in einer Ebene in Umfangsrichtung verteilt und werden in radialer Richtung durch die Exzenterwelle ver­ schoben. Die Exzenterwelle ist zweifach gelagert, wobei sich die eine Lagerstelle am Abtriebszapfen und die andere Lager­ stelle auf der anderen Seite des Exzenters befindet. Die Kol­ benmotore laufen unter Druck an. Dies bedeutet, es tritt erst ein Druck auf und dann erfolgt die Bewegung. Dies führt jedoch zu Problemen, wenn der Steuerzapfen als zweite Lager­ stelle ausgebildet ist, in welchem die verschiedenen Nuten und Bohrungen zur Verteilung und zur Ableitung des Druckmit­ tels angeordnet sind. Durch diese Ausgestaltung kann der Steuerzapfen nicht wälzgelagert werden, vielmehr ist ein Gleitlager erforderlich. Da während des Anlaufes durch den Druck der Ölfilm im Gleitlager zerdrückt wird, kommt es zu einer Haftreibung und der Kolbenmotor läuft schlecht oder un­ ter Umständen überhaupt nicht von selbst an.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Kolbenmotor der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der ein besseres Anlaufverhalten besitzt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Bereich der Umfangsnut auf der von der oder den druckbeauf­ schlagten Kolben abgewandten Seite eine wirksame Fläche auf­ weist, die wenigstens annähernd so groß ist, wie die entge­ gengesetzt gerichteten Flächen der Umfangsnut und der Versor­ gungsnut für die Kolben.

Durch den erfindungsgemäßen Ausgleich der entgegengesetzt ge­ richteten Druckflächen läßt sich ein weitgehender Druckaus­ gleich herstellen, so daß der Steuerzapfen auf der von dem druckbeaufschlagten Kolben entgegengesetzten Seite nicht in das Gleitlager gedrückt wird. Auf diese Weise wird eine Haft­ reibung weitgehend vermieden und der Kolbenmotor kann leich­ ter anlaufen.

In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Bereich der Umfangsnut auf der von dem oder den druckbeaufschlagten Kolben abgewandten Seite ei­ ne wirksame Fläche aufweist, die wenigstens annähernd so groß ist, wie die entgegengesetzt gerichteten Flächen der Um­ fangsnut, der Versorgungsnut für die Kolben und wenigstens eines Teiles der Kolbenfläche des oder der druckbeaufschlag­ ten Kolben.

Dadurch, daß zusätzlich auch noch die von dem unter Druck ge­ setzten Kolben erzeugte Kraft auf den Steuerzapfen wenig­ stens teilweise hydraulisch ausgeglichen wird, wird das An­ laufverhalten des Kolbenmotores noch besser.

Ein praktisch vollständiger hydraulischer Ausgleich wird er­ reicht, wenn bei einer mittigen Anordnung der in einer Ebene angeordneten Kolben zwischen den beiden Lagerstellen die Hälfte der Kolbenfläche des druckbeaufschlagten Kolbens durch den Bereich der Umfangsnut ausgeglichen wird, der von dem oder den druckbeaufschlagten Kolben abgewandt ist.

Sind die Kolben nicht mittig zwischen den beiden Lagerstel­ len angeordnet, so daß nicht jede Lagerstelle die Hälfte der Kolbenkraft aufnehmen muß, wird erfindungsgemäß auch eine entsprechende Anpassung für den hydraulischen Ausgleich vor­ genommen. Da die Lagerstelle am Abtriebszapfen wälzgelagert ausgeführt werden kann, ist ein Druckausgleich auf dieser Seite nicht erforderlich.

Zur Erhöhung der wirksamen Fläche der Umfangsnut auf der Sei­ te, die von dem druckbeaufschlagten Kolben abgewandt ist, um einen entsprechenden Druckausgleich zu erzeugen, sind die vielfältigstens Möglichkeiten denkbar.

Eine einfache und wirksame Maßnahme besteht darin, daß die Umfangsnut auf der der von dem oder den druckbeaufschlagten Kolben abgewandten Seite breiter ist als der Bereich der Um­ fangsnut auf der entgegengesetzt gerichteten Seite.

Dabei kann ebenfalls die Verbreiterung der Umfangsnut auf be­ liebige Weise erreicht werden. So kann die Umfangsnut z.B. nur im Bereich des Außenumfanges des Steuerzapfens breiter sein oder sie ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung bis zum Nutgrund verbreitert. Dabei kann die Verbreiterung durch parallele Nutwände erreicht werden. Ebenso sind auch koni­ sche Nutwände möglich, die sich bis zum Nutgrund verjüngen oder auch stufenweise Absätze, die die Nutbreite bis zum Nut­ grund reduzieren. Maßgebend für den Druckausgleich ist dabei der Flächenbereich, der parallel zur Längsachse der Exzenter­ welle gerichtet ist.

Ebenso sind zur Erhöhung der wirksamen Fläche auch in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Taschen möglich, die an der Umfangswand der Steuerzapfens seitlich von dem Bereich der Umfangsnut, der von den druckbeaufschlagten Kolben abge­ wandt ist, abzweigen.

Dabei ist lediglich dafür zu sorgen, daß ein sauberes Druck­ mittel zur Verfügung steht und daß keine Keilwirkung auf­ tritt, damit während der Rotation keine Beschädigungen z.B. durch Schmutz entstehen können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Nutgrund der Umfangsnut in dem von dem druckbeaufschlagten Kolben abgewandten Bereich eine Abschrägung aufweisen. Auf diese Weise werden tote Ecken und Winkel, in denen sich Schmutz ablagern kann, vermieden.

Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Radialkolbenmotor,

Fig. 2: einen Querschnitt durch den Radialkolbenmotor,

Fig. 3: eine Ausschnittsvergrößerung des erfindungsgemäßen Steuerzapfens,

Fig. 4: einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3,

Fig. 5: einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 3,

Fig. 6: einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 3.

Der erfindungsgemäße Radialkolbenmotor ist grundsätzlich von bekannter Bauart, weshalb nachfolgend nur auf die für die Er­ findung wesentlichen Teile näher eingegangen wird. Der Radi­ alkolbenmotor weist ein Gehäuse 1 mit einem Deckel 2 auf. In dem Gehäuse 1 und dem Deckel 2 ist eine Exzenterwelle 3 mit einem Exzenter 4 angeordnet. Die Exzenterwelle 3 besitzt auf einer Seite einen Abtriebszapfen 5 mit einem Wälzlager 6 als erste Lagerstelle. Auf der anderen Seite des Exzenters 4 be­ findet sich die zweite Lagerstelle, welche als Gleitlager ausgebildet ist. Die zweite Lagerstelle ist gleichzeitig auch als Steuerzapfen 7 zur Steuerung des Druckmittels, im allgemeinen Öl, ausgebildet. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Steuerzapfen dabei in dem Deckel 2 gelagert. Selbstverständlich kann der Steuerzapfen jedoch auch direkt in dem Gehäuse gelagert sein.

In der Ebene des Exzenters 4 befinden sich über den Umfang gleichmäßig verteilt in Bohrungen des Gehäuses angeordnete Kolben 8, welche in radialer Richtung verschiebbar sind. In der Fig. 1 ist der obere Kolben dargestellt, wobei sich die­ ser in einer Position befindet, kurz bevor dessen Kolbenraum über eine Druckleitung 9 mit Öl zur Erzeugung eines Arbeits­ hubes versehen wird. Da sich die Exzenterwelle im Uhrzeiger­ sinn dreht, wird zu dem Zeitpunkt in der dargestellten Lage gerade der in der Fig. 2 dargestellte Kolben 8 links unten mit Drucköl versorgt (Zuleitung nicht dargestellt). Im unte­ ren Bereich des Gehäuses 1 befindet sich eine Ölauslaßlei­ tung 10. Ggf. ist noch eine zweite Auslaßleitung 10 A vorge­ sehen.

Der erfindungsgemäße Steuerzapfen 7 ist in den Fig. 3 bis 6 deutlicher dargestellt. Die in der Fig. 3 bis 6 dargestellte Lage des Steuerzapfens zeigen Ansichten bzw. Schnitte, die gegenüber der in der Fig. 1 dargestellten Ansicht des Steuer­ zapfens 7 um 90° gedreht sind.

Über eine in der Fig. 3 prinzipmäßig gestrichelt dargestell­ te Zuleitung 11 wird Druckmittel in eine Umfangsnut bzw. Ringnut 12 in den Steuerzapfen 7 eingeleitet. Von der Ring­ nut 12 aus führt eine Verbindungsbohrung in Form einer Schrägbohrung 13 zu einer segmentartigen Druckversorgungsnut 14. In der selben Ebene des Steuerzapfens 7 befindet sich auf der anderen Hälfte, d.h. gegenüberliegend der Druckver­ sorgungsnut 14 eine ebenfalls segmentartige Entsorgungsnut 15. Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, sind die Druckversor­ gungsnut 14 und die Entsorgungsnut 15 durch einen Steg 16 voneinander getrennt. Von der Entsorgungsnut 15 aus führt ebenfalls eine Schrägbohrung 17 zu einer weiteren Umfangsnut 18, von der aus durch eine ebenfalls nur gestrichelt darge­ stellte Leitung 19 zu der Auslaßöffnung 10 führt.

Das von einer vorgeschalteten Pumpe kommende Drucköl gelangt über eine Einlaßöffnung 11 A in das Gehäuse 1 des Motores und von da aus über die Leitung 11 in die Umfangsnut 12. Die Wei­ terleitung des Druckmittels erfolgt über die Schrägbohrung 13 und die Druckversorgungsnut 14 in eine Druckbohrung 20 in dem Deckel 2, an die sich eine weitere schräg verlaufende Druckbohrung 21 anschließt, die zu dem Kolbenraum des Kol­ bens 8 führt. In der in der Fig. 3 dargestellten Position be­ findet sich der druckbeaufschlagte Kolben gerade über dem Steuerzapfen 7. Der oder die anderen Kolben, aus welchen nach ihrem Arbeitshub das Öl ausgestoßen werden soll, leiten dieses über nicht dargestellte Leitungen bzw. Bohrungen in die Entsorgungsnut 15, von wo es über die Schrägbohrung 17 und die Umfangsnut 18 und die Leitung 19 das Gehäuse 1 über den Auslaß 10 und ggf. 10 A verläßt.

Durch das Drucköl wird über die Umfangsnut 12 und die Druck­ versorgungsnut 14 eine Druckkraft auf den Steuerzapfen 7 aus­ geübt, welche bei der Darstellung nach der Fig. 3 nach unten gerichtet ist. Hinzu kommt noch die in gleicher Richtung wir­ kende Kolbenkraft. Zum hydraulischen Druckausgleich ist nun der Bereich der Umfangsnut 12, der von dem druckbeaufschlag­ ten Kolben 8 abgewandt ist, d.h. der untere Halbkreis, brei­ ter ausgeführt als der obere Halbkreis. Dieser Bereich ist in der Fig. 3 mit "12 A" versehen. Die Verbreiterung 22 ist ebenfalls aus dieser Figur ersichtlich. Dargestellt ist da­ bei eine Verbreiterung, die einem Druckausgleich für den obe­ ren Bereich der Umfangsnut 12, der Druckversorgungsnut 14 und der halben Kolbenkraft entspricht. Gestrichelt ist eine Verbreiterung angegeben, die nur einem Druckausgleich bezüg­ lich der Umfangsnut 12 und der Druckversorgungsnut 14 ent­ spricht. Aufgrund der bekannten konstruktiven Gegebenheiten läßt sich eine gewünschte Verbreiterung 22 zum Druckaus­ gleich auf einfache Weise berechnen.

Wie weiter aus der Fig. 3 ersichtlich ist, ist der Bereich 12 A, welcher von dem druckbeaufschlagten Kolben 8 abgewandt ist, in seinem Nutgrund 23 mit einer Abschrägung 24 verse­ hen.

Wie ersichtlich, liegen die Nutwände des Bereiches 12 A paral­ lel zueinander und die Verbreiterung 22 erstreckt sich über die gesamte Nuttiefe bis zum Nutgrund 23.

Statt einer derartigen Verbreiterung 22 kann selbstverständ­ lich auch eine stufenartige Vertiefung vorgenommen werden. Ebenso können von einer Umfangsnut 12 normaler Breite auf der Unterseite auch seitliche Taschen 25 (gestrichelt darge­ stellt) abgehen.

Claims (7)

1. Kolbenmotor, insbesondere Radialkolbenmotor mit einem Ge­ häuse, mit in dem Gehäuse verstellbaren Kolben und mit einer in dem Gehäuse gelagerten Antriebswelle mit einem Abtriebs­ zapfen mit einer Lagerstelle für die Antriebswelle und einer als Steuerzapfen ausgebildeten zweiten Lagerstelle, wobei der Steuerzapfen eine mit einer Druckmittelzuführung verbun­ dene Umfangsnut, mit der über mindestens eine Verbindungslei­ tung eine segmentartige Druckversorgungsnut für die Kolben verbunden ist, und eine segmentartige Entsorgungsnut, die mit einer Druckmittelausgangsleitung zur Druckmittelabfuhr verbunden ist, aus den Kolben aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (12 A) der Umfangsnut (12) auf der von der oder den druckbeaufschlagten Kolben (8) abgewandten Seite eine wirksame Fläche aufweist, die wenigstens annähernd so groß ist, wie die entgegengesetzt gerichteten Flächen der Um­ fangsnut (12) und der Druckversorgungsnut (14) für die Kol­ ben (8).

2. Kolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (12 A) der Umfangsnut (12) auf der von dem oder den druckbeaufschlagten Kolben (8) abgewandten Seite eine wirksame Fläche aufweist, die wenigstens annähernd so groß ist, wie die entgegengesetzt gerichteten Flächen der Umfangs­ nut (12), der Druckversorgungsnut (14) für die Kolben (8) und wenigstens eines Teiles der Kolbenfläche des oder der druckbeaufschlagten Kolben (8).

3. Kolbenmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mittigen Anordnung der in einer Ebene angeordneten Kolben (8) zwischen den beiden Lagerstellen die Hälfte der Kolbenfläche des druckbeaufschlagten Kolbens (8) durch den Bereich (12 A) der Umfangsnut (12) ausgeglichen wird, der von dem oder den druckbeaufschlagten Kolben (8) abgewandt ist.

4. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der wirksamen Fläche des Bereiches (12 A) der Um­ fangsnut (12) auf der von dem oder den druckbeaufschlagten Kolben (8) abgewandten Seite breiter ist als der Bereich der Umfangsnut (12) auf der entgegengesetzt gerichteten Seite.

5. Kolbenmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbreiterung (22) des Bereiches (12 A) der Umfangsnut (12) bis in den Nutgrund (23) reicht.

6. Kolbenmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutgrund (23) mit einer Abschrägung (24) versehen ist.

7. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (12 A) der Umfangsnut (12) auf der von dem oder den druckbeaufschlagten Kolben abgewandten Seite mit Taschen (25) versehen ist, die seitlich von der Umfangsnut (12) ab­ zweigen.